KR20130009837A

KR20130009837A - 판재의 평탄도 측정 방법 및 이것을 이용한 강판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130009837A
Application number: KR1020127029489A
Authority: KR
Inventors: 요시토 이세이; 도모야 가토; 마사히로 오스기; 히데유키 다카하시
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2013-01-23
Also published as: BR112012026605A2; EP2573509A4; KR101441226B1; EP2573509B1; JPWO2011145168A1; US20130098127A1; WO2011145168A1; US9003846B2; JP4666273B1; CN102918353B; EP2573509A1; BR112012026605B1; CN102918353A

Abstract

대규모의 측정 장치를 필요로 하지 않으며 판재의 평탄도를 측정 가능한 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법은, 길이 방향으로 주행하는 판재 S의 표면에 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴 P를 투영하고, 판재의 폭보다 큰 촬상 시야를 갖는 촬상 수단(2)으로 명암 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득하며, 취득한 패턴 화상을 해석함으로써 판재의 평탄도를 측정하는 방법이다. 본 발명에 따른 방법은, 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 배치된 복수의 LED(111)를 구비하는 LED 광원(1)으로부터 방출되는 광에 의해, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 설정 피치로 배치된 명암 패턴을 형성하고, 상기 명암 패턴의 세로 방향이 판재의 길이 방향을 따르고, 상기 명암 패턴의 가로 방향이 판재의 폭 방향을 따르도록, 상기 명암 패턴을 판재의 표면에 투영하는 것을 특징으로 한다.

Description

판재의 평탄도 측정 방법 및 이것을 이용한 강판의 제조 방법{METHOD FOR MEASURING FLATNESS OF SHEET MATERIAL AND STEEL SHEET PRODUCTION METHOD UTILIZING SAID METHOD}

본 발명은, 길이 방향으로 주행하는 강판 등의 판재의 평탄도를 정밀도 좋게 측정하는 방법, 및 이것을 이용한 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

판재에는, 그 품질을 확보함과 더불어, 안정된 제조를 행함에 있어서도, 양호한 평탄도가 요구된다. 이 때문에, 판재의 제조 공정에서 평탄도를 적정하게 관리하는 것은 종래로부터의 과제이다.

일반적으로 평탄도를 나타내는 지표로서, 연신차율이나 급준도와 같은 값이 이용되고 있다.

연신차율 Δε이란, 판재의 길이 방향의 일정 구간에 있어서의, 판재의 폭 방향 중앙부의 연신율 ε_CENT와, 판재의 폭 방향 중앙부 이외(일반적으로는 에지 근방)의 연신율 ε_EDGE의 차이며, 이하의 수식 (2)로 나타내어진다.

Δε=ε_CENT-ε_EDGE　…(2)

또 급준도 λ란, 판파(板波)의 높이 δ와 그 피치 P를 이용하여 λ=δ/P로 정의된다. 이 판파의 형상을 정현파와 근사시킴으로써, 연신차율 Δε와 급준도 λ(%)의 사이에는, 이하의 수식 (3)으로 나타내어지는 주지의 관계가 있다.

[수 1]

예를 들면, 판재의 일례인 열연강판의 제조 라인은, 일반적으로 가열로, 조압연기, 마무리 압연기열, 냉각대, 코일 권선기로 구성되어 있다. 가열로에서 가열된 슬래브는 조압연기로 압연되어, 두께 30~60mm의 강편(조압연 바)으로 가공된다. 다음에 강편은, 6~7대의 마무리 압연기로 이루어지는 마무리 압연기열로 압연되어, 고객으로부터 요구되는 두께의 열연강판이 된다. 이 열연강판은 냉각대에서 냉각되어, 코일 권선기에 의해 감겨진다.

평탄도가 양호한 열연강판을 제조하는 것은, 제품 품질을 확보함과 더불어, 마무리 압연기열로의 통판이나 코일 권선기에서의 권취 등을 안정적으로 행하여, 높은 생산성을 유지하기 위해서도 중요하다. 열연강판의 평탄도 불량은, 마무리 압연기열 및 냉각대에서 발생하는 연신율의 판 폭 방향의 편차가 원인이다. 이 때문에, 평탄도가 양호한 열연강판을 제조하기 위한 방법으로서, 마무리 압연기간, 또는 마무리 압연기열의 출구측에, 평탄도 측정계나 판 두께 프로파일 측정계를 설치하고, 그들의 측정치에 의거하여, 마무리 압연기의 워크 롤 벤더를 피드백 제어하는 방법이나, 워크 롤의 시프트 위치나 마무리 압연기열의 하중 배분 등의 셋업 조건을 학습 제어하는 방법이 제안되어 있다. 상기와 같은 제어 방법은, 예를 들면, 일본국 특허공개 평11-104721호 공보에 기재되어 있다. 또 냉각대의 출구측에 평탄도 측정계를 설치하고, 그 측정치에 의거하여, 냉각대의 각 냉각 노즐의 냉각수량을 피드백 제어하는 방법도 제안되어 있다. 상기와 같은 제어 방법을 실시하기 위해, 마무리 압연기간, 마무리 압연기열의 출구측, 혹은 냉각대의 출구측에 있어서, 고속으로 주행하는 열연강판의 평탄도를 측정하는 방법이나 장치가 고안되어 실제 기기에 적용되고 있다.

종래의 열연강판의 평탄도 측정 방법으로서, 열간 압연되어 주행하는 열연강판의 표면에, 판 폭 방향으로 연장되는 복수의 휘선으로 이루어지는 선형상 패턴을 투영하고, 그 선형상 패턴을 2차원 카메라에 의해, 선형상 패턴의 투영 방향과는 상이한 방향으로부터 촬상하고, 그 촬상 화상 내의 선형상 패턴의 왜곡에 의거하여, 열연강판의 표면 형상 또한 평탄도를 측정하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 열연강판의 길이 방향(압연 방향)의 1m 정도의 범위에 걸쳐 선형상 패턴을 투영함으로써, 마무리 압연기의 출구측 가까이에서 빈번하게 관찰되는 판파가 정재(定在)되는 상태(마무리 압연기로 판파가 고정되므로 고정단이 된다)에서의 측정 정밀도의 열화를 억제하고 있다. 상기와 같은 평탄도 측정 방법은, 예를 들면, 일본국 특허공개 소61-40503호 공보나 일본국 특허공개 2008-58036호 공보에 기재되어 있다.

일본국 특허공개 소61-40503호 공보에는, 판의 길이 방향으로 간격을 두고 투광한 3개의 레이저 광선을 각각 판 폭 방향으로 고속으로 주사함으로써, 판 표면에 3개의 휘선으로 이루어지는 선형상 패턴을 투영하고, 이것을 카메라로 촬상하여 얻은 촬상 화상 내의 선형상 패턴의 왜곡에 의거하여, 판의 표면 형상 또한 평탄도를 측정하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 3개의 휘선으로 이루어지는 선형상 패턴에서는, 판의 표면 형상을 정밀도 좋게 측정할 수 없으며, 특히 판파의 주기가 짧을 때에 측정 정밀도가 극단적으로 악화된다는 문제가 있다.

또 일본국 특허공개 2008-58036호 공보에는, 고밀도의 선형상 패턴을 그린 슬라이드를 이용해, 판 폭 방향으로 연장되는 복수의 휘선으로 이루어지는 고밀도의 선형상 패턴을 판재 표면에 투영하고, 이것을 카메라로 촬상하여 얻은 촬상 화상 내의 선형상 패턴의 왜곡에 의거하여, 판재의 표면 형상 또한 평탄도를 측정하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 일본국 특허공개 소61-40503호 공보에 기재된 방법과 달리, 고밀도의 선형상 패턴을 투영하므로, 표면 형상의 측정 분해능(공간 분해능)이 높아져, 판재의 표면 형상을 정밀도 좋게 측정 가능한 것을 기대할 수 있다.

일본국 특허공개 2008-58036호 공보에 기재된 바와 같은 형상 측정 방법은, 일반적으로는 격자 투영법이라고 불리며, 강판의 표면 형상을 측정하는 경우에 한정되지 않고, 여러 가지의 용도에 널리 이용되고 있다.

도 1은 격자 투영법을 실시하기 위한 장치 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 격자 투영법에서는, 판재 표면에 대해 비스듬히 위쪽으로부터, 광원, 격자 패턴(일반적으로는 선형상 패턴)을 그린 슬라이드 및 결상 렌즈를 구비한 프로젝터를 이용하여, 판재 표면에 격자 패턴을 투영한다. 그리고 격자 패턴의 투영 방향과는 상이한 방향으로부터, 2차원 카메라를 이용하여, 판재 표면에 투영된 격자 패턴을 촬상한다. 이 때, 판재의 표면 형상이 변화하면, 판재 표면의 경사 각도도 변화하며, 카메라로 촬상한 촬상 화상 내의 격자 패턴의 피치(일반적으로는 선형상 패턴을 구성하는 각 휘선의 간격)는, 상기 판재 표면의 경사 각도에 따라 변화한다. 판재 표면의 경사 각도와 촬상 화상 내의 격자 패턴의 피치의 관계는 기하학적으로 산출 가능하다. 이 때문에, 촬상 화상 내의 격자 패턴의 피치를 측정하면, 이 측정 결과와 상기의 관계에 의거하여, 판재 표면의 경사 각도를 산출 가능하다. 그리고 이 산출한 경사 각도를 적분하면, 판재의 표면 형상을 산출할 수 있다.

상기의 격자 투영법을 이용하여 열연강판의 표면 형상 또한 평탄도를 측정하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 격자 패턴으로서 판 폭 방향으로 연장된 복수의 휘선으로 이루어지는 선형상 패턴을 강판 표면에 투영한다. 그리고 그 선형상 패턴의 촬상 화상 내에서, 평탄도를 산출하기 위해 표면 형상을 측정할 필요가 있는 위치에, 열연강판의 길이 방향을 따라 연장되는 형상 측정선을 설정하고, 상기 형상 측정선 상의 화소의 농도 분포에 의거하여, 상기 형상 측정선 상에 있는 선형상 패턴의 피치(선형상 패턴을 구성하는 각 휘선의 간격)의 분포를 산출한다. 다음에, 상기 형상 측정선 상에 있는 선형상 패턴의 피치의 분포에 의거하여, 상기 형상 측정선 상의 강판 표면의 경사 각도의 분포를 산출하고, 이 경사 각도를 상기 형상 측정선을 따라 적분함으로써, 상기 형상 측정선 상의 강판의 표면 형상을 산출한다. 또한 이 산출한 표면 형상에 의거하여 평탄도를 연산한다.

도 1에 나타내는 바와 같은 격자 투영법을 실시하기 위한 장치를 열연강판의 제조 라인에 설치하고, 평탄도 측정치를 실시간으로 피드백하여 마무리 압연기열을 제어하는 경우, 장치는 마무리 압연기열의 출구측 가까이에 설치할 필요가 있다. 마무리 압연기열의 출구측 가까이는, 판 두께 측정계, 판 폭 측정계, 판 온도 측정계 등의 계측기가 설치되어 있는 것에 더하여, 바로 근처에 수냉의 냉각대가 있으므로, 충분한 장치의 설치 스페이스를 확보할 수 없는 경우가 많다.

장치의 설치 스페이스를 가능한 한 작게 하기 위해서는, 우선 연직 방향의 설치 스페이스를 작게 하기 위해, 프로젝터 및 카메라를 열연강판에 접근시킴과 더불어, 프로젝터의 투영 화각 내 및 카메라의 화각 내에 열연강판의 측정 범위(길이 방향으로 1m 정도)가 들어가도록, 각 화각을 넓게 설정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 도 2에 나타내는 바와 같이, 프로젝터의 투영 화각이 넓은 경우, 수평 방향의 설치 스페이스를 작게 하기 위해서는, 카메라를 프로젝터 투영광의 정반사광(선형상 패턴의 정반사광)을 수광할 수 있는 위치에 배치하지 않으면 안 된다. 표면 형상의 측정 분해능(공간 분해능)을 높이는 점에서는 피치가 작은 선형상 패턴을 투영하면 된다. 그러나 마무리 압연 직후의 열연강판의 표면은 정반사성이 강하므로(정반사 성분의 반사 강도가 크다), 카메라를 프로젝터 투영광의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 배치하면, 카메라의 수광 소자 중 정반사광을 수광하는 소자로부터의 출력 신호가 포화되어 헐레이션이 생기며, 정반사광을 수광하는 소자 및 그 주변 소자에 대응하는 촬상 화상의 화소 영역에서, 서로 이웃하는 휘선들이 달라붙어, 선형상 패턴이 찌그러져 버리기 쉬워진다. 또 선형상 패턴이 찌그러지지 않도록 카메라의 감도를 너무 낮게 하면, 정반사광을 수광하는 소자 이외의 소자의 출력 신호 강도가 부족하므로, 촬상 화상에 있어서 상기 출력 신호 강도가 부족한 소자에 대응하는 화소의 농도가 저하하여, 휘선이 식별하기 어려운 선형상 패턴이 되어 버린다.

또 프로젝터를 구성하는 광원으로서는, 일반적으로 1kW 이상의 강력한 출력을 갖는 할로겐 램프나 메탈 할라이드 램프가 사용된다. 이러한 광원은, 하우징이 크므로 광원 자체의 치수가 커지는 것 외에, 광원이 발열하기 위해 수냉 기구나 대형 블로어(송풍기) 등의 강력한 냉각 기구가 필요해지므로, 대규모의 프로젝터가 되어 버린다.

본 발명은, 이상에 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 길이 방향으로 주행하는 강판 등의 판재의 평탄도를 측정하는 방법으로서, 대규모의 측정 장치를 필요로 하지 않으며 판재의 평탄도를 측정 가능한 방법을 제공하는 것을 제1 과제로 한다. 또 정반사성이 강한 판재의 표면에 투영된 명암 패턴의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하는 경우여도, 판재의 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능한 방법을 제공하는 것을 제2 과제로 한다.

최근 대전류를 통전함으로써, 고휘도의 광을 방출하는 것이 가능한 소위 파워 LED(=Light Emitting Diode, 발광 다이오드)라고 불리는 LED가 개발되어 있으며, 메탈 할라이드 램프와 동등 레벨인 80lm/W 이상의 발광 효율(=발광 강도/입력 전력)을 갖는 것이 얻어지고 있다. 현시점에서는, 1소자의 크기가 1mm² 정도인 파워 LED로의 입력 전력을 1W 정도로 하는 것이 가능하므로, 파워 LED의 단위 면적당 발광 강도를 80lm/mm² 이상으로 할 수 있다.

한편, 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 있어서, 총 광속 240000lm으로 출력 2.5kW의 메탈 할라이드 램프(예를 들면, 오스람사제 HMI2500W/SE)로부터 방출된 광 모두를, 가로 100mm×세로 80mm(면적 8000mm²)의 슬라이드를 통해 투영한다고 가정하면, 슬라이드의 단위 면적당 발광 강도는 30lm/mm²가 된다.

요컨대 파워 LED를 1소자 단체로 평가하면, 그 단위 면적당 발광 강도는, 메탈 할라이드 램프를 구비하는 프로젝터에 있어서의 슬라이드면에서의 단위 면적당 발광 강도를 웃돌게 된다. 이것은, 파워 LED와 같은 복수의 LED를 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 배치한 LED 광원으로부터 방출한 광을 명암 패턴으로서 이용하면, 출력 2.5kW의 메탈 할라이드 램프를 이용하여 투영되는 명암 패턴보다 밝은 명암 패턴을 투영할 수 있는 것을 의미한다.

복수의 LED를 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 배치한 LED 광원으로부터 방출한 광을 명암 패턴으로서 이용하는 경우, 명암 패턴이 단지 밝을 뿐만 아니라, 이하의 (a)~(e)와 같은 이점도 얻어진다.

(a) LED 광원으로부터 방출한 광을 명암 패턴으로서 이용하는 경우, LED 광원은, 복수의 LED를 배치한 기판과, 그 냉각 기구(히트 싱크, 공랭 팬)로 구성할 수 있으므로, 매우 소형이 되어, 10cm² 정도의 크기로 실현 가능하다. 한편, 출력이 kW 오더인 메탈 할라이드 램프를 구비하는 프로젝터를 이용하여 명암 패턴을 투영하는 경우, 메탈 할라이드 램프 자체의 길이가 20cm 정도인데다, 이 램프로부터 방출된 광을 배광하는 리플렉터도 대형이 되므로, 광원은 콤팩트한 것이어도 30cm² 이상이 되어, 매우 크다.

(b) LED 광원으로부터 방출한 광을 명암 패턴으로서 이용하는 경우에는, 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터를 이용하는 경우와 같이, 슬라이드의 암부에서의 광량의 로스(예를 들면, 선형상 패턴을 투영하는 경우, 반분의 광량이 쓸모없게 된다)가 없으므로, 작은 입력 전압으로 종래와 동일한 패턴을 투영할 수 있어 효율적이다.

(c) LED 광원을 구성하는 LED로서, 청색, 녹색, 적색 등의 단일 파장의 광을 방출하는 것을 적절히 선택 가능하다. 예를 들면, 압연 직후의 고온 상태의 강판 표면에 명암 패턴을 투영하는 경우, 촬상 수단 전에, LED의 방출 파장 부근의 광만을 투과시키는 밴드 패스 필터를 배치하면, 고온 상태의 강판 표면으로부터 방출되는 복사광의 영향이 최소한으로 억제된 명암 패턴의 화상을 채취하는 것이 가능하다. 특히, 고온 상태의 강판 표면에 명암 패턴을 투영하는 경우에는, 청색의 광을 방출하는 LED를 적용하는 것이 효과적이다.

(d) LED는 고속 응답성을 가지므로, 촬상 수단으로서 전자 셔터가 달린 2차원 카메라를 이용하여, 이 전자 셔터와 동기시켜 LED를 점등시키면, LED의 발열을 억제하는 것이 가능하다.

(e) LED 광원으로부터 방출한 광을 명암 패턴으로서 이용하는 경우, 각 LED로부터 방출된 광에 의해 명암 패턴의 명부가 형성되므로, 각 LED로의 입력 전력을 조정(각 LED에 통전하는 전류치를 조정)함으로써, 명암 패턴의 밝기를 장소에 따라 용이하게 변경하는 것이 가능하다.

본 발명은, 상기와 같은 LED 광원의 이점에 본 발명자들이 주목하는 것에 의해 완성된 것이다. 즉 상기 제1 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 길이 방향으로 주행하는 판재의 표면에 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴을 투영하고, 상기 판재의 폭보다 큰 촬상 시야를 갖는 촬상 수단으로 상기 명암 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득하며, 상기 취득한 패턴 화상을 해석함으로써 상기 판재의 평탄도를 측정하는 방법으로서, 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원으로부터 방출되는 광에 의해, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 설정 피치로 배치된 명암 패턴을 형성하고, 상기 명암 패턴의 세로 방향이 상기 판재의 길이 방향을 따르고, 상기 명암 패턴의 가로 방향이 상기 판재의 폭 방향을 따르도록, 상기 명암 패턴을 상기 판재의 표면에 투영하는 것을 특징으로 하는 판재의 평탄도 측정 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 명암 패턴을 판재의 표면에 투영하기 위한 광원으로서, 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원을 이용하므로, 대규모의 측정 장치를 필요로 하지 않으며 판재의 평탄도를 측정하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 있어서의 「세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원」이란, 매트릭스형상으로 배치된 복수의 LED(세로 방향으로 연장되는 직선 상에 소정의 피치로 배치되고, 또한 가로 방향으로 연장되는 직선 상에 소정의 피치로 배치된 복수의 LED)를 구비하는 LED 광원과, 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 지그재그형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원의 양쪽이 포함된다. 상기의 매트릭스형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원에는, 가로 방향에 대해, 간극 없이 LED가 배치된 LED 광원(이 LED 광원으로부터 방출한 광을 명암 패턴으로서 이용하는 경우, 명암 패턴은 선형상 패턴이 된다)도 포함된다.

또 본 발명에 있어서의 「소정의 피치로 배치된 복수의 LED」란, 반드시 모든 LED가 일정한 피치로 배치되어 있을 필요는 없으며, 부분적으로 다른 것과 상이한 피치로 배치되어 있는 LED를 포함하고 있어도 된다. 단 후술하는 바와 같이, 주파수 해석법을 적용하여 명암 패턴의 명부의 세로 방향 피치의 분포를 구하기 위해서는, 적어도 세로 방향으로는 일정한 피치로 LED가 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또 본 발명에 있어서 「설정 피치」란, 명암 패턴을 투영하는 판재의 표면 형상이 완전히 평탄하다고 가정한 경우에, 명암 패턴의 명부의 간격을 촬상 방향으로 투영한 값을 의미한다. 특히 「세로 방향 설정 피치」란, 명암 패턴의 세로 방향을 따라 인접하는 명부들(매트릭스형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원을 이용하는 경우에는, 명암 패턴의 세로 방향을 따라 직선형상으로 인접하는 명부들을 의미한다. 지그재그형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원을 이용하는 경우에는, 명암 패턴의 세로 방향을 따라 지그재그형상으로 인접하는 명부들을 의미한다)의 세로 방향의 간격을 의미한다. 또 「가로 방향 설정 피치」란, 명암 패턴의 가로 방향을 따라 인접하는 명부들(매트릭스형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원을 이용하는 경우에는, 명암 패턴의 가로 방향을 따라 직선형상으로 인접하는 명부들을 의미한다. 지그재그형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원을 이용하는 경우에는, 명암 패턴의 가로 방향을 따라 지그재그형상으로 인접하는 명부들을 의미한다)의 가로 방향의 간격을 의미한다.

여기에서, 판재의 표면에 투영하는 명암 패턴을 피치가 작은 선형상 패턴으로 한 경우에, 그 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하면, 정반사광을 수광하는 소자 및 그 주변 소자에 대응하는 화소 영역에 있어서 선형상 패턴이 찌그러지기 쉬워지는 것을 회피하는 대책으로서, (1) 촬상 수단의 감도를 낮게 해도, 정반사광을 수광하지 않는 소자의 출력 신호 강도가 부족하지 않도록, 촬상 수단으로서 다이내믹 레인지가 넓은 카메라를 채용하는 것이나, (2) 선형상 패턴의 피치를 크게 하는 것을 생각할 수 있다.

그러나 상기 (1)의 대책에 대해서는, 최근 보급되어 온 디지털식의 카메라를 이용함으로써, 12비트(4096계조) 이상의 다이내믹 레인지를 얻을 수 있지만, 배선 길이의 제약이나, 카메라의 비용이 높아진다는 문제가 있어, 용이하게 적용할 수 없는 경우가 있다.

또 상기 (2)의 대책에 대해서는, 단순히 선형상 패턴의 피치를 크게 하면(도 3(b) 참조), 표면 형상의 측정 분해능(공간 분해능)이 저하함으로써, 표면 형상의 측정 정밀도 또한 평탄도의 측정 정밀도의 열화를 초래하여 버린다.

그래서 본 발명자들은, 전술한 LED 광원의 이점(e)에 주목하여, 촬상 수단으로 그 정반사광을 수광하는 명부의 밝기를, 촬상 수단으로 그 정반사광을 수광하지 않는 명부의 밝기보다 저하시키면, 표면에 투영된 명암 패턴의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하는 경우여도, 명암 패턴이 찌그러지기 어렵고, 또한 측정 분해능이 저하하지 않아, 판재의 표면 형상 또한 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능하다는 것을 도출하였다.

즉, 상기 제1 과제에 더하여 상기 제2 과제도 해결하기 위해, 본 발명에 있어서, 상기 명암 패턴의 상기 판재의 표면에서의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 상기 촬상 수단을 배치하는 경우에는, 상기 LED 광원이 구비하는 각 LED에 통전하는 전류치 중, 상기 촬상 수단으로 그 정반사광을 수광하는 명부에 대응하는 LED에 통전하는 전류치를 최소로 설정하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 촬상 수단으로 취득한 패턴 화상의 중앙부가, 명암 패턴의 명부로부터의 정반사광을 수광하는 촬상 수단의 소자에 대응하는 화소 영역인 경우, 패턴 화상의 중앙부에 있어서의 명부에 대응하는 LED에 통전하는 전류치를 최소로 함으로써, 패턴 화상에 있어서 명암 패턴이 찌그러지기 어렵고, 또한 측정 분해능이 저하하지 않아, 판재의 표면 형상 또한 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능하다.

또한 본 발명에 있어서의 「정반사광을 수광하는 명부에 대응하는 LED에 통전하는 전류치를 최소로 설정한다」란, 상기 LED(정반사광을 수광하는 명부에 대응하는 LED)에 통전하는 전류치를 0에 가깝게 한다는 의미는 아니며, 상기 LED의 발광 강도가 다른 LED의 발광 강도보다 약해지도록, LED 광원이 구비하는 각 LED에 통전하는 전류치 중에서, 상기 LED에 통전하는 전류치를 가장 작은 값으로 설정한다는 의미이다.

본 발명에 있어서, 상기 촬상 수단으로서, 노광 타이밍 및 노광 시간을 설정 가능한 전자 셔터가 달린 2차원 카메라를 이용하여, 상기 LED의 점등 타이밍 및 점등 시간을 각각, 상기 전자 셔터가 달린 2차원 카메라에 설정된 노광 타이밍 및 노광 시간에 동기시키는 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 방법에 의하면, LED의 점등 타이밍 및 점등 시간이 각각, 전자 셔터가 달린 2차원 카메라에 설정된 노광 타이밍 및 노광 시간에 동기하므로, LED를 연속적으로 점등하는 경우에 비해, LED의 발열을 억제하는 것이 가능하다.

또 상기 제1 과제에 더하여 상기 제2 과제도 해결하기 위해, 본 발명자들은 열심히 검토하여, 판재의 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 설정 피치(세로 방향의 설정 피치 P_L, 가로 방향의 설정 피치 P_W)로 지그재그형상으로 배치된 지그재그형상 패턴을 이용해, 이 지그재그형상 패턴의 세로 방향이 판재의 길이 방향을 따르고, 가로 방향이 판재의 폭 방향을 따르도록 판재의 표면에 투영하는 것을 착상하였다. 이 지그재그형상 패턴을 이용하면, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 지그재그형상으로 배치되어 있으므로, 가령 세로 방향의 명부의 설정 피치 P_L이 종래의 선형상 패턴(도 3(a))의 설정 피치 P_L'와 동일하였다고 해도, 세로 방향으로 직선형상으로 인접하는 명부들(예를 들면, 명부 M1, M2)의 거리가, 종래의 선형상 패턴에 있어서 세로 방향으로 인접하는 명부들의 거리 P_L'보다 커지므로(2배가 된다), 명부들의 간격이 넓어진다. 가로 방향에 대해서는, 종래의 선형상 패턴에서는 명부가 연속되어 있는 것에 반해, 지그재그형상 패턴에서는 가로 방향으로 직선형상으로 인접하는 명부들(예를 들면, 명부 M1, M3)이 간격을 갖는다. 이 때문에, 정반사광을 수광하는 촬상 수단의 소자 등에 대응하는 화소 영역에서도, 명암 패턴이 찌그러지기 어렵다는 이점을 갖는다.

단, 가령 판재의 표면에 투영하는 명암 패턴으로서 지그재그형상 패턴을 이용하였다고 해도, 종래와 동일하게, 단순히 판재의 길이 방향(지그재그형상 패턴의 세로 방향)을 따라 연장되는 형상 측정선 L1 상의 화소의 농도 분포에 의거하여 판재의 표면 형상을 산출한다면, 세로 방향으로 직선형상으로 인접하는 명부들의 간격이 크므로, 표면 형상의 측정 분해능(공간 분해능)이 저하하게 된다.

그래서 본 발명자들은 더욱 열심히 검토하여, 형상 측정선 L1 상의 화소를 통과하여 지그재그형상 패턴의 가로 방향으로 연장되고, 명부의 가로 방향 설정 피치 P_W의 2배 이상의 길이 W를 갖는 직선 L2 상의 화소 농도를 평균화하여, 평균 화소 농도를 산출하는 것에 주목하였다. 예를 들면, 지그재그형상 패턴의 명부의 화소 농도가 모두 254이며, 암부의 화소 농도가 모두 0이라고 가정한다. 직선 L2의 길이 W가 명부의 가로 방향 설정 피치 P_W의 2배(W=2P_W)이며, 직선 L2 상의 명부의 화소수와 암부의 화소수가 동일하다고 하면, 직선 L2 상의 평균 화소 농도는 127이 된다. 그리고 형상 측정선 L1을 따른 평균 화소 농도의 분포를 산출하면(직선 L2의 세로 방향 위치를 변경한다), 이 평균 화소 농도 분포는, 직선 L2가 명부를 통과하는 위치에서 평균 화소 농도가 127이 되고, 암부밖에 통과하지 않는 위치에서 평균 화소 농도가 0이 되는 분포, 요컨대 세로 방향의 명부의 설정 피치 P_L과 동일한 주기를 갖는 분포가 된다. 바꿔 말하면, 상기 평균 화소 농도 분포의 주기 P_L은, 종래의 선형상 패턴(도 3(a))에 대한 형상 측정 라인 L' 상의 화소 농도 분포의 주기 P_L'와 동일해진다. 따라서 상기 평균 화소 농도 분포에 의거하여 판재의 표면 형상을 산출하면, 지그재그형상 패턴의 세로 방향(판재의 길이 방향)에 대한 표면 형상의 측정 분해능(공간 분해능)이 저하하지 않으며, 종래의 선형상 패턴을 이용하는 경우와 동일한 정도의 측정 분해능을 얻는 것이 가능하다. 또한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우의 평균 화소 농도 분포의 진폭은, 선형상 패턴을 이용한 경우의 화소 농도 분포의 진폭과 비교하여 저하한다. 그러나 평균화를 행하는 직선 L2의 길이 W를 명부의 가로 방향 설정 피치 P_W의 2배 이상의 길이로 하면, 직선 L2 상에는 반드시 명부가 존재하게 되므로, 평균 화소 농도 분포의 진폭은, 가장 저하하였다고 해도, 선형상 패턴을 이용하는 경우의 1/2 정도이며, 문제가 되지는 않는다. 또 지그재그형상 패턴의 가로 방향(판재의 폭 방향)에 대한 표면 형상의 측정 분해능(공간 분해능)은, 직선 L2의 길이 W에 따라 저하하게 되지만, 본 발명의 주된 적용 대상인 열연강판은 폭 방향으로 급격한 형상 변화는 하지 않으므로, 극단적으로 W를 크게 하지 않는 한 문제가 되지는 않는다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명자들은, 하기 (A)~(C)의 순서로 판재의 표면 형상을 산출하면, 표면에 투영된 명암 패턴의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하는 경우여도, 명암 패턴이 찌그러지기 어렵고, 또한 측정 분해능이 저하하지 않으며, 판재의 표면 형상 또한 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능하다는 것을 도출하였다.

(A) 판재의 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 설정 피치로 지그재그형상으로 배치된 지그재그형상 패턴을 이용하며, 이 지그재그형상 패턴의 세로 방향이 판재의 길이 방향을 따르고, 가로 방향이 판재의 폭 방향을 따르도록 판재의 표면에 투영한다.

(B) 지그재그형상 패턴의 세로 방향(판재의 길이 방향)을 따라 연장되는 형상 측정선 상의 화소를 통과하여 지그재그형상 패턴의 가로 방향(판재의 폭 방향)으로 연장되고, 명부의 가로 방향 설정 피치의 2배 이상의 길이를 갖는 직선 상의 화소 농도를 평균화하여, 평균 화소 농도를 산출한다.

(C) 형상 측정선을 따른 상기 평균 화소 농도의 분포를 산출하고, 이 평균 화소 농도 분포에 의거하여, 형상 측정선을 따른 판재의 표면 형상을 산출한다.

상기의 본 발명자들의 지견에 의해, 상기 제1 과제에 더하여 상기 제2 과제도 해결하기 위해서는, 본 발명에 있어서, 이하의 제1~제6 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

(1) 제1 단계 : 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 지그재그형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원으로부터 방출되는 광에 의해, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 설정 피치로 지그재그형상으로 배치된 지그재그형상 패턴을 형성하고, 상기 지그재그형상 패턴의 세로 방향이 상기 판재의 길이 방향을 따르고, 상기 지그재그형상 패턴의 가로 방향이 상기 판재의 폭 방향을 따르도록, 상기 지그재그형상 패턴을 상기 판재의 표면에 투영한다.

(2) 제2 단계 : 상기 지그재그형상 패턴의 상기 판재의 표면에서의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 상기 촬상 수단을 배치하고, 상기 촬상 수단으로 상기 지그재그형상 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득한다.

(3) 제3 단계 : 상기 취득한 패턴 화상 내의 소정의 위치에, 상기 지그재그형상 패턴의 세로 방향을 따라 연장되는 형상 측정선을 설정한다.

(4) 제4 단계 : 상기 형상 측정선 상의 화소를 통과하여 상기 지그재그형상 패턴의 가로 방향으로 연장되고, 상기 명부의 가로 방향 설정 피치의 2배 이상의 길이를 갖는 직선 상의 화소 농도를 평균화하여, 평균 화소 농도를 산출한다.

(5) 제5 단계 : 상기 형상 측정선을 따른 상기 평균 화소 농도의 분포를 산출한다.

(6) 제6 단계 : 상기 산출한 평균 화소 농도 분포에 의거하여, 상기 형상 측정선을 따른 상기 판재의 표면 형상을 산출하고, 상기 산출한 표면 형상에 의거하여, 상기 판재의 평탄도를 연산한다.

이러한 바람직한 방법에 의하면, 표면에 투영된 명암 패턴의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하는 경우여도, 명암 패턴이 찌그러지기 어렵고, 또한 측정 분해능이 저하하지 않으며, 판재의 표면 형상 또한 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능하다.

또 상기의 바람직한 방법에 의하면, 이하에 서술하는 이점도 얻어진다. 한정된 면적의 기판 상에 복수의 LED를 배치하여 LED 광원을 제작할 때에는, 일반적으로, LED 구동용의 배선 스페이스의 확보가 문제가 된다. 면적이 한정된 기판 상에서 효율적으로 배선하기 위해서는, 복수의 LED를 매트릭스형상으로 배치하고, 세로 방향 또는 가로 방향을 따라 일직선 상에 나열되는 각 LED를 직렬 접속하는 것이 바람직하다. 그러나 다수의 LED를 직렬 접속하면, 직렬 접속한 LED 전체의 입력 전압이 너무 높아, 필요해지는 직류 전원이 고가로 되어 버린다. 또 전술한 바와 같이, 촬상 수단으로서 전자 셔터가 달린 2차원 카메라를 이용하여, 이 전자 셔터와 동기시켜 LED를 점등시키는 경우(LED를 점멸 구동시키는 경우), 이 점멸 구동에 이용하는 릴레이 등이 내전압 제한에 의해 존재하지 않게 되는 케이스가 있다는 문제도 발생한다. 상기의 바람직한 방법과 같이, LED를 지그재그형상으로 배치하면, 세로 방향 또는 가로 방향을 따라 일직선 상에 나열되는 LED의 개수를, 매트릭스형상으로 배치하는 경우의 반분으로 할 수 있어, 상기와 같은 문제를 회피하기 쉬워진다. 예를 들면, LED를 매트릭스형상으로 배치하여 세로 방향으로 LED를 30개 나열하는 것과 동일한 측정 분해능을, LED를 지그재그형상으로 배치하는 경우에는 세로 방향으로 LED를 15개 나열하는 것만으로 실현할 수 있다. 청색 LED 30개를 직렬 접속하는 경우, LED 1개당 입력 전압은 3~4V이므로, 직렬 접속된 LED 전체의 입력 전압은 90~120V와 같은 고전압이 된다. 한편 반분인 15개의 경우에는, LED 전체의 입력 전압도 45~60V로 반분이면 되므로 바람직하다.

여기에서 상기 제6 단계에 있어서, 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 의거하여, 형상 측정선을 따른 판재의 표면 형상을 산출하기 위해서는, 구체적으로는, 우선 처음에, 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 의거하여(예를 들면, 평균 화소 농도 분포에 공지의 위상 해석법을 적용하여), 형상 측정선을 따른 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치의 분포 p_m(x)을 산출하면 된다. 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치 p_m과 판재 표면의 경사 각도 θ의 관계는, 기하학적으로 구할 수 있다. 이 때문에, 형상 측정선을 따른 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치의 분포 p_m(x)을 산출하면, 이 명부의 세로 방향 피치의 분포 p_m(x)과 상기의 관계에 의거하여, 형상 측정선을 따른 판재 표면의 경사 각도의 분포 θ(x)를 산출할 수 있다.

도 4는 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치 p_m과 판재 표면의 경사 각도 θ의 관계를 도시하는 모식도이다. 도 4는 판재가 수평 방향으로 주행하고 있는 예를 나타내고 있다. 도 4에 있어서, θ는 판재의 주행 방향(수평 방향)과 판재의 표면이 이루는 경사 각도를, α는 판재의 주행 방향에 수직인 방향(연직 방향)과 촬상 수단에 의한 촬상 방향이 이루는 각도를, β는 판재의 주행 방향에 수직인 방향(연직 방향)과 지그재그형상 패턴의 투영 방향이 이루는 각도를 의미한다. 또 p_m은 판재에 대해 취득한 패턴 화상에 있어서의 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치를, p_m0은 p_m을 판재의 주행 방향에 수직인 방향(연직 방향)으로 투영한 값을 의미한다. 또한 p_S는 판재의 주행 방향으로 평행하게 설치되어(수평으로 설치되어) 평탄한 표면 형상을 갖는 기준재에 대해 취득한 패턴 화상에 있어서의 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치를, p_S0은 p_S를 연직 방향으로 투영한 값을 의미한다.

θ, α, β, p_m, p_m0, p_S, p_S0의 사이에는, 기하학적으로 이하의 수식 (4)~(6)이 성립된다.

[수 2]

상기의 수식 (5), (6)을 수식 (4)에 대입하면, 이하의 수식 (7)이 성립된다.

[수 3]

상기의 수식 (7)로부터 이하의 수식 (8)이 성립된다.

[수 4]

따라서, 형상 측정선을 따른 판재 표면의 경사 각도의 분포 θ(x)는, 이하의 수식 (1)로 산출하는 것이 가능하다.

[수 5]

상기의 수식 (1)에 있어서, x는 패턴 화상에 있어서의 지그재그형상 패턴의 세로 방향을 따른 위치(판재의 길이 방향을 따른 위치)를, θ(x)는 판재의 주행 방향(수평 방향)과 판재의 표면이 이루는 경사 각도의 분포를, α는 판재의 주행 방향에 수직인 방향(연직 방향)과 촬상 수단에 의한 촬상 방향이 이루는 각도를, β는 판재의 주행 방향에 수직인 방향(연직 방향)과 지그재그형상 패턴의 투영 방향이 이루는 각도를 의미한다. 　

또한 본 발명에서는, 상기 LED로서, 상기 판재로부터 방출되는 복사광의 피크 파장과는 상이한 단일 파장의 광을 방출하는 LED를 이용하여, 상기 촬상 수단 전에, 상기 LED의 방출 파장 근방의 광만을 투과시키는 밴드패스 필터를 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 방법에 의하면, 예를 들면, 상기 판재가 압연 직후의 고온 상태의 강판이여도, 강판 표면으로부터 방출되는 복사광의 영향이 최소한으로 억제된 패턴 화상을 채취하는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 조압연기로 조압연된 강편을 마무리 압연기열로 압연한 후, 냉각대에서 냉각하여 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 평탄도 측정 방법에 의해, 판재로서의 강판의 평탄도를 측정한 결과에 의거하여, 마무리 압연기열의 압연 조건 또는 냉각대에서의 냉각 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법으로서도 제공된다.

본 발명에 의하면, 대규모의 측정 장치를 필요로 하지 않으며 판재의 평탄도를 측정 가능하다. 또 본 발명에 의하면, 정반사성이 강한 판재의 표면에 투영된 명암 패턴의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하는 경우여도, 판재의 표면 형상을 정밀도 좋게 측정할 수 있으며, 이에 의해 판재의 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능하다.

본 발명은, 이상에 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 길이 방향으로 주행하는 강판 등의 판재의 평탄도를 측정하는 방법으로서, 대규모의 측정 장치를 필요로 하지 않으며 판재의 평탄도를 측정 가능한 방법을 제공할 수 있다. 또 정반사성이 강한 판재의 표면에 투영된 명암 패턴의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하는 경우여도, 판재의 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능한 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 격자 투영법을 실시하기 위한 장치 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 카메라가 프로젝터 투영광의 정반사광을 수광할 수 있는 범위를 설명하는 설명도이다.
도 3은 각종의 명암 패턴을 비교하여 설명하는 설명도이다.
도 4는 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치 p_m과 판재 표면의 경사 각도 θ의 관계를 도시하는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 평탄도 측정 방법을 실시하기 위한 평탄도 측정 장치의 개략 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 6은 도 5에 도시하는 평탄도 측정 장치의 설치 상황을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시 형태에서의 배치 조건 하에 있어서의 p_m/p_S와 열연강판 표면의 경사 각도 θ의 관계를 도시하는 그래프다.
도 8은 도 5에 나타내는 LED 광원의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 각 기판 상의 LED의 배치예를 도시하는 도면이다.
도 10은 도 8에 도시하는 각 기판의 배선도이다.
도 11은 도 5에 나타내는 화상 해석 장치로 실행되는 처리의 개요를 도시하는 흐름도이다.
도 12는 열연강판의 형상 측정선의 설정 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 13은 급준도를 연산하는 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 14는 도 5에 나타내는 LED 광원의 LED를 연속적으로 점등한 경우와, 촬상 수단에 동기시켜 간헐적으로 점등한 경우의 각각에 있어서의 LED의 온도 상승을 평가한 결과를 도시하는 그래프다.
도 15는 도 5에 도시하는 평탄도 측정 장치에 의한 경사 각도 측정 정밀도를 경사 각도 측정용 샘플을 이용하여 검증한 결과를 나타낸다.
도 16은 열연강판 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우에 얻어지는 패턴 화상예와, 도 5에 도시하는 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우에 얻어지는 패턴 화상예를 나타낸다.
도 17은 종래의 프로젝터를 구성하는 슬라이드에 형성된 선형상 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 18은 열연강판 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우의 강판 1코일분 전체 길이의 급준도 등의 측정예를 나타낸다.
도 19는 열연강판 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 도 5에 도시하는 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우의 강판 1코일분 전체 길이의 급준도 등의 측정예를 나타낸다.
도 20은 도 5에 나타내는 평탄도 측정 장치에 의해 산출할 수 있는 열연강판의 판 폭 측정치를 평가한 결과를 도시하는 그래프다.
도 21은 도 8에 나타내는 LED 광원의 변형예의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 22는 도 21에 도시하는 LED 광원을 이용함으로써 얻어지는 패턴 화상의 예를 나타낸다.

이하, 첨부 도면을 적절히 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해, 판재가 열연강판이며, 열연강판 제조 라인의 마무리 압연기열의 출구측에서 평탄도(급준도)를 측정하는 경우를 예로 들어 설명한다.

A. 제1 실시 형태

<A-1. 평탄도 측정 장치의 전체 구성>

도 5는 본 발명에 따른 평탄도 측정 방법을 실시하기 위한 평탄도 측정 장치의 개략 구성예를 도시하는 모식도이다. 도 6은 도 5에 도시하는 평탄도 측정 장치의 설치 상황을 나타내는 모식도이다. 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 평탄도 측정 장치(100)는, 명암 패턴으로서의 지그재그형상 패턴 P를, 지그재그형상 패턴 P의 세로 방향이 열연강판 S의 길이 방향을 따르고, 지그재그형상 패턴 P의 가로 방향이 열연강판 S의 폭 방향을 따르도록, 길이 방향으로 수평으로 주행하는 열연강판 S의 표면에 투영하기 위한 LED 광원(1)과, 열연강판 S의 폭보다 큰 촬상 시야를 가지며, 열연강판 S의 표면에 투영된 지그재그형상 패턴 P를 촬상하여 패턴 화상을 취득하는 촬상 수단(2)과, 촬상 수단(2)으로 취득한 패턴 화상을 해석하는 화상 해석 장치(3)를 구비한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 평탄도 측정 장치(100)가 설치되는 마무리 압연기열 출구측의 설치 스페이스는, 열연강판 S의 길이 방향으로 2.5m, 연직 방향으로 2.5m밖에 없으므로, 열연강판 S의 길이 방향으로 적어도 1m의 측정 범위(촬상 시야)를 확보하기 위해서는, 촬상 수단(2)을 LED 광원(1)으로부터의 투영광의 정반사광(지그재그형상 패턴 P의 정반사광)을 수광할 수 있는 위치에 배치하지 않으면 안 된다. 본 실시 형태에서는, LED 광원(1)을 이용하여, 열연강판 S에 대해 비스듬히 위쪽으로부터 각도 15°(연직 방향과 지그재그형상 패턴 P의 투영 방향이 이루는 각도)로 지그재그형상 패턴 P를 투영하고, 이 투영한 지그재그형상 패턴 P를, 촬상 수단(2)을 이용하여, 열연강판 S에 대해 비스듬히 위쪽으로부터 각도 25°(연직 방향과 촬상 방향이 이루는 각도)로 촬상하고 있다.

도 7은 상기 배치 조건 하에 있어서의, p_m/p_S와 열연강판 S 표면의 경사 각도 θ의 관계를 도시하는 그래프다. 여기에서 전술한 바와 같이, p_m은 열연강판 S에 대해 취득한 패턴 화상에 있어서의 지그재그형상 패턴 P의 명부의 세로 방향 피치를, p_S는 수평으로 설치되어 평탄한 표면 형상을 갖는 기준재에 대해 취득한 패턴 화상에 있어서의 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치를, θ는 수평 방향과 열연강판 S의 표면이 이루는 경사 각도를 의미한다. 열연강판 S 표면의 경사 각도 θ의 측정 범위는, 요구되는 평탄도(급준도) 측정 범위와, 측정 시에 발생할 수 있는 열연강판 S 표면 전체의 경사 각도 범위의 합으로 결정된다. 본 실시 형태에서는, 요구되는 급준도의 측정 범위가 -5%~+5%(열연강판 S 표면의 경사 각도로 환산하면 -9°~+9°에 상당)이며, 이것에 열연강판 S의 흔들림에 따른 열연강판 S 표면 전체의 경사 각도의 변동 여유를 고려하여, 열연강판 S 표면의 경사 각도 θ의 측정 범위를 -15°~+15°로 하였다. 도 7로부터, 열연강판 S 표면의 경사 각도가 -15°~+15°의 범위에서 변화하면, p_m/p_S는 0.81 내지 1.22의 범위에서 변동하게 된다.

<A-2. LED 광원의 구성>

도 8은 본 실시 형태의 LED 광원(1)의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 LED 광원(1)은, 청색의 광을 방출하는 복수의 LED(111)를 지그재그형상으로 배치한 기판(11)과, 기판(11)의 전면에 배치한 결상 렌즈(12)(도 5 참조)와, 냉각 기구로서의 히트 싱크(13) 및 공랭 팬(14)과, LED(111)에 전력을 입력하는 직류 전원(15)을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 5장의 기판(11)을 열연강판 S의 폭 방향에 평행한 방향을 따르도록 나열하여, 히트 싱크(13) 상에 부착되어 있다. 1장의 기판이 아니라 5장의 기판(11)으로 분할하여 LED(111)를 배치한 것은, 일부분의 LED(111)에 고장이 생긴 경우에, 모든 LED(111)가 배치되어 있는 기판 전체를 교환할 필요가 없도록 하기 위해서이다. 요컨대 고장이 생긴 LED(111)가 배치된 기판(11)만을 교환하면 되도록 하기 위해서이다. 또 본 실시 형태에서는, 각 기판(11)마다 전력을 입력할 수 있도록, 직류 전원(15)도 5개 구비되어 있다. 이에 의해, 각 기판(11) 단독으로 입력 전력을 조정할 수 있으므로, 열연강판 S의 폭 방향에 대해, 지그재그형상 패턴 P의 밝기를 조정(변경)할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는, 각 기판(11)마다 입력 전력을 조정할 수 있는 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 각 기판(11)의 세로 방향으로 일직선형상으로 배치된 LED(111)마다 입력 전력을 조정할 수 있는 구성으로 하거나, 각 LED(111)마다 입력 전력을 조정할 수 있는 구성으로 하는 것도 가능하다.

또 본 실시 형태의 LED 광원(1)은, 바람직한 형태로서, 트리거 발생기(16)와, 고속 응답성을 갖는 트랜지스터 릴레이(SSR=Solid State Relay)(17)를 구비하고 있다. 본 실시 형태의 트랜지스터 릴레이(17)는 5개 구비되어 있으며, 각 트랜지스터 릴레이(17)는, 각 직류 전원(15)과 각 기판(11)을 접속하는 배선의 도중에 개재되어 있다. 트리거 발생기(16)는, 트랜지스터 릴레이(17)를 향해, 주파수가 40Hz이고 펄스폭이 5msec인 TTL 트리거를 출력한다. 이 TTL 트리거가 온일 때에, 트랜지스터 릴레이(17)에 의해 직류 전원(15)과 기판(11)이 전기적으로 접속되며, 기판(11) 상에 배치된 LED(111)에 전력이 입력되어 LED(111)가 점등하게 된다. TTL 트리거가 오프일 때에는, 트랜지스터 릴레이(17)에 의해 직류 전원(15)과 기판(11)이 전기적으로 비접속의 상태가 되어, 기판(11) 상에 배치된 LED(111)가 소등하게 된다. 이상과 같이 하여, LED(111)는 고속으로 점멸 구동된다.

한편 트리거 발생기(16)는, 촬상 수단(2)을 향해서도, TTL 트리거를 출력한다. 이 촬상 수단(2)에 출력하는 TTL 트리거는, 전술한 트랜지스터 릴레이(17)에 출력하는 TTL 트리거보다 1msec만큼 출력 타이밍이 지연되며, 펄스폭이 4msec이다. 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태의 촬상 수단(2)으로서는, 전자 셔터가 달린 2차원 카메라가 이용되고 있으며, 트리거 발생기(16)로부터 출력된 TTL 트리거는, 촬상 수단(2)의 전자 셔터를 온/오프하기 위해 이용된다. 요컨대 TTL 트리거가 온일 때에는, 전자 셔터가 열리고(지그재그형상 패턴 P가 촬상되고), TTL 트리거가 오프일 때에는, 전자 셔터가 닫힌다(지그재그형상 패턴 P가 촬상되지 않는다).

이상의 구성에 의해, 기판(11) 상에 배치된 LED(111)의 점등 타이밍 및 점등 시간이 각각, 촬상 수단(2)에 설정된 노광 타이밍 및 노광 시간에 동기하게 되므로, LED(111)를 연속적으로 점등하는 경우에 비해, LED(111)의 발열을 억제하는 것이 가능하다.

도 9는 각 기판(11) 상의 LED(111)의 배치예를 도시하는 도면이다. 도 9(a)는 전체도를, 도 9(b)는 부분적으로 확대한 도면을 도시한다. 도 10은 각 기판(11)의 배선도이다. 본 실시 형태의 LED(111)는 크기가 0.6mm²이고, 최대로 0.6W의 출력이 가능한 것이며, 절연된 알루미늄제의 기판(11) 상에 고정되어 전기 배선되고 있다. 각 기판(11) 상에는 합계 240개의 LED(111)가 배치되어 있으므로, 각 기판(11)으로의 입력 전력은 144W(=0.6W×240)이다. 도 9 또는 도 10에 나타내는 바와 같이, 각 기판(11)의 세로 방향으로 일직선 상에 배치된 LED(111)의 개수는 15개이며, 이 15개의 LED(111)가 직렬 접속되어 있다. 그리고 기판(11)의 가로 방향으로 나열된 2개의 LED(111)를 쌍으로 하며, 이 LED(111)의 쌍이, 기판(11)의 세로 방향으로 2mm 피치이고, 가로 방향으로 2.2mm 피치로 지그재그형상으로 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 열연강판 S에 투영되는 지그재그형상 패턴 P의 1개의 명부는, 기판(11)의 가로 방향으로 나열된 2개의 LED(111)로부터 방출된 광에 의해 구성되어 있다. 본 실시 형태와 같이, 기판(11)의 가로 방향으로 나열된 2개의 LED(111)를 쌍으로서 생각함으로써(가로 방향으로 나열된 한 쌍의 LED(111)로부터 방출된 광을 1개의 명부로 간주한다), 만일 어느 하나의 LED(111)에 고장이 생겨, 직렬 접속된 15개의 LED가 점등하지 않게 된 경우여도, 가로 방향으로 인접하는 직렬 접속된 15개의 LED가 점등하는 한에 있어서, 측정을 계속하는 것이 가능하다. 단 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 각각의 LED(111)를 기판의 세로 방향 및 가로 방향으로 소정의 피치(예를 들면, 전술한 바와 동일하게, 기판(11)의 세로 방향으로 2mm 피치, 가로 방향으로 2.2mm 피치)로 지그재그형상으로 배치하고, 1개의 LED(111)로부터 방출된 광을 지그재그형상 패턴 P의 1개의 명부로 간주하는 것도 물론 가능하다.

본 실시 형태에서는, LED 광원(1)을 분진이나 안개형상 물방울이 다량으로 비산되어 있는 현장에 설치하지 않으면 안 되므로, LED 광원(1) 전체를 스테인리스제의 방진 박스 내에 수납하고 있다. 또 지그재그형상 패턴 P를 투영하는 개구부로부터 방진 박스 내에 분진이나 안개형상 물방울이 침입하지 않도록, 대형의 블로어를 이용해 방진 박스 내에 에어를 공급하여, 상기 개구부로부터 외부로 분출하는 구조로 하고 있다.

이상에 설명한 구성을 갖는 LED 광원(1)으로부터 방출된 광은, 열연강판 S의 표면에 18배의 결상 배율로 투영된다. LED 광원(1)으로부터 열연강판 S 표면까지의 거리는 약 2.5m이며, 투영된 지그재그형상 패턴 P의 치수는, 세로 방향(판 길이 방향)으로 1200mm, 가로 방향(판 폭 방향)으로 1800mm이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, LED 광원(1)에 있어서의 LED(111)의 배치 피치(한 쌍의 LED(111)의 배치 피치)는, 기판(11)의 세로 방향으로 2mm, 가로 방향으로 2.2mm 피치이며, 상기한 바와 같이 결상 배율은 18배이므로, 열연강판 S 표면에서는, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 약 40mm 피치(즉, 세로 방향의 설정 피치 P_L=40mm, 가로 방향의 설정 피치 P_W=40mm)로 지그재그형상으로 배치된 지그재그형상 패턴 P가 투영되게 된다.

<A-3. 촬상 수단의 구성>

본 실시 형태에서는, 촬상 수단(2)으로서, SVGA 사이즈의 수광 소자(가로 방향으로 788개의 수광 소자, 세로 방향으로 580 화소의 수광 소자)를 가지며, 매초 40장의 화상 신호를 프로그레시브 방식으로 출력하는 전자 셔터가 달린 2차원 CCD 카메라를 이용하고 있다. 이 CCD 카메라는, 외부로부터의 동기 신호에 의해, 복수대가 동기하여 촬상 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 촬상 수단(2)으로서, 2대의 상기 CCD 카메라(21, 22)를 이용하고 있다. CCD 카메라(21, 22)는, 각각의 촬상 시야가 서로 중복되는 부분을 갖도록 병치되어 있으며, 각각의 렌즈 조리개 및 게인의 조정에 의해, 감도가 1:4로 설정되어 있다(이하 적절히, 감도가 낮은 쪽의 CCD 카메라를 저감도 촬상 수단(21), 감도가 높은 쪽의 CCD 카메라를 고감도 촬상 수단(22)이라고 한다).

본 실시 형태에서는, 최대 1500mpm과 같은 고속으로 압연되어 감겨지는 열연강판 S의 표면 형상을 흔들리지 않고 측정할 수 있도록, 촬상 수단(2)의 노광 시간을 4msec로 설정하고 있다. 또 950℃의 열연강판 S를 측정할 때에도, 열연강판 S 표면으로부터의 복사광의 영향을 받지 않고 명료하게 지그재그형상 패턴 P를 촬상할 수 있도록, 본 실시 형태의 촬상 수단(2)의 렌즈 앞에는, 청록색만을 투과하는 밴드 패스 필터를 구비하고 있다. 본 실시 형태의 촬상 수단(2)도 LED 광원(1)과 동일하게, 스테인리스제의 방진 박스 내에 수납되며, 렌즈가 더러워지지 않도록 압공에 의한 에어 퍼지를 행하고 있다. 본 실시 형태의 촬상 수단(2)은, 열연강판 S의 폭 방향으로 약 1800mm의 촬상 시야를 가지므로, 촬상 수단(2)으로 취득되는 패턴 화상의 가로 방향의 분해능은 약 2.3mm/화소이다.

<A-4. 화상 해석 장치의 구성>

본 실시 형태의 화상 해석 장치(3)는, 범용의 퍼스널 컴퓨터(CPU : 클럭 주파수 2.4GHz의 Core2Duo 프로세서, OS : Windows(등록 상표))에, 후술하는 바와 같은 처리를 실행하기 위한 프로그램(이하, 평탄도 해석 프로그램이라고 한다)이 인스톨된 구성이다. 화상 해석 장치(3)는, 내장된 멀티 채널 화상 캡처 보드에 의해, 저감도 촬상 수단(21) 및 고감도 촬상 수단(22)으로부터 출력된 화상 신호를, 256계조(8비트)로 동시에 메모리 내에 들여오도록 구성되어 있다. 화상 해석 장치(3)의 메모리 내에 취입된 화상 데이터(패턴 화상)는, 평탄도 해석 프로그램에 의해 해석되며, 해석 결과로서의 평탄도 측정치가, 화상 해석 장치(3)의 모니터 화면 및 상위의 제어 장치(마무리 압연기 등을 제어하는 제어 장치)에 출력된다.

<A-5. 평탄도 해석 프로그램의 처리 내용>

화상 해석 장치(3)는, 인스톨된 평탄도 해석 프로그램에 의해, 촬상 수단(2)으로 촬상하여 취득한 패턴 화상에 대해, 도 11에 나타내는 순서로 처리를 행한다. 이하, 각 처리에 대해 순차적으로 설명한다.

<A-5-1. 형상 측정선의 설정 처리(도 11의 S1)>

형상 측정선을 설정할 때에는, 우선, 고감도 촬상 수단(22)의 촬상 시야 내에 열연강판 S가 들어갔는지의 여부를 판단한다. 구체적으로는, 고감도 촬상 수단(22)에 의해 취득한 패턴 화상의 중앙부에 소정의 영역을 설치하고, 이 영역 내의 화소 농도가 미리 설정한 역치를 넘은 경우에, 고감도 촬상 수단(22)의 촬상 시야 내에 열연강판 S가 들어갔다고 판단한다.

고감도 촬상 수단(22)의 촬상 시야 내에 열연강판 S가 들어갔다고 판단되면, 고감도 촬상 수단(22)에 의해 취득한 패턴 화상에 있어서, 패턴 화상의 가로 방향의 분해능(본 실시 형태에서는, 약 2.3mm/화소)을 고려하면서, 열연강판 S의 제조 최대폭인 1650mm의 범위에 걸쳐, 판 폭 방향(패턴 화상의 가로 방향)으로 75mm 피치로, 판 길이 방향(패턴 화상의 세로 방향)을 따라 연장되는 23개의 형상 측정선(도 12의 (a)에 있어서, 1~23의 번호를 붙인 직선)을 설정한다.

또한 고감도 촬상 수단(22)으로 취득한 패턴 화상 내의 좌표와, 이것에 대응하는 저감도 촬상 수단(21)으로 취득한 패턴 화상 내의 좌표의 위치 관계를 미리 구해 둠으로써, 저감도 촬상 수단(21)에 의해 취득한 패턴 화상에 대해서는, 상기와 같이 하여 고감도 촬상 수단(22)에 의해 취득한 패턴 화상에 대해 설정한 형상 측정선과 대응하는 위치에 형상 측정선을 설정하는 것이 가능하다.

<A-5-2. 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포의 산출 처리(도 11의 S2)>

본 처리에서는, 저휘도 촬상 수단(21) 및 고휘도 촬상 수단(22)의 양쪽에서 각각 취득한 패턴 화상에 대해, 형상 측정선 상의 화소를 통과하여 지그재그형상 패턴의 가로 방향으로 연장되고, 명부의 가로 방향 설정 피치(본 실시 형태에서는, 가로 방향 설정 피치 P_W=40mm)의 2배 이상의 길이를 갖는 직선 상의 화소 농도를 평균화하여, 평균 화소 농도를 산출한다. 전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 패턴 화상의 가로 방향의 분해능은 약 2.3mm/화소이므로, 화소 농도를 평균화하는 직선의 길이는, 35화소 이상이면 된다. 본 실시 형태에서는, 각 기판(11)의 이음매에 상당하는 화소 영역에서 지그재그형상 패턴의 명부의 가로 방향의 간격이 커지는 것도 고려해, 화소 농도를 평균화하는 직선의 길이를 60화소로 하여, 각 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도의 분포를 산출하는 것으로 하고 있다. 또 각 형상 측정선의 x 좌표(패턴 화상에 있어서의 지그재그형상 패턴의 세로 방향을 따른 위치)가 화소 단위로 60~429의 범위에 대한 평균 화소 농도 분포(요컨대, 370개의 평균 화소 데이터)를 산출하는 것으로 하고 있다.

<A-5-3. 저감도 촬상 수단 및 고감도 촬상 수단의 사용 구분 판정 처리(도 11의 S3)>

본 처리에서는, 고감도 촬상 수단(22)으로 취득한 패턴 화상 내에 설정한 각 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 있어서, 농도가 포화되어 있는 화소수를 계수한다. 구체적으로는 본 실시 형태에서는, 농도가 250을 초과하고 있으면, 농도가 포화되어 있다고 생각하고, 이 화소수(농도 포화 화소수)를 계수한다. 이 결과, 농도 포화 화소수가 미리 설정한 소정의 역치 이상인 경우에는, 저감도 촬상 수단(21)으로 취득한 패턴 화상 내에 설정한 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포를 사용한다(후술하는 바와 같이, 이 평균 화소 농도 분포를 사용하여, 형상 측정선을 따른 열연강판 S의 표면 형상을 산출한다). 한편, 농도 포화 화소수가 미리 설정한 역치 미만인 경우에는, 고감도 촬상 수단(22)으로 취득한 패턴 화상 내에 설정한 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포를 사용한다. 구체적으로는 예를 들면, 고감도 촬상 수단(22)으로 취득한 패턴 화상 내에 설정한 번호 6의 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 있어서, 농도 포화 화소수가 역치 이상인 경우에는, 저감도 촬상 수단(21)으로 취득한 패턴 화상 내에 설정한 번호 6의 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포를 사용하게 된다. 또 예를 들면, 고감도 촬상 수단(22)으로 취득한 패턴 화상 내에 설정한 번호 13의 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 있어서, 농도 포화 화소수가 역치 미만인 경우에는, 저감도 촬상 수단(21)으로 취득한 패턴 화상 내에 설정한 번호 13의 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포를 사용하게 된다.

<A-5-4. 형상 측정선을 따른 열연강판 표면의 경사 각도 분포 및 표면 형상의 산출 처리(도 11의 S4)>

본 처리에서는, 평탄도를 측정하는 대상인 열연강판 S에 대해 전술한 바와 같이 산출한 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 의거하여, 형상 측정선을 따른 지그재그형상 패턴 P의 명부의 세로 방향 피치의 분포 p_m(x)을 산출한다.

한편, 수평으로 설치되어 평탄한 표면 형상을 갖는 기준재에 대해서도, 전술한 것과 동일한 각 처리를 실시하여, 기준재에 대해 취득한 패턴 화상에 있어서의 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포를 산출한다. 그리고 이들 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 의거하여, 형상 측정선을 따른 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치의 분포 p_S(x)를 미리 산출해 둔다.

평균 화소 농도 분포에 의거하여 명부의 세로 방향 피치의 분포 p_m(x), p_S(x)를 산출하는 방법으로서는, 여러 가지의 방법을 생각할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 위상 해석법을 적용하고 있다.

이하, 상기의 평균 화소 농도 분포에 적용하는 위상 해석법에 대해 설명한다.

평탄도를 측정하는 대상인 열연강판 S에 대해 얻어지는 평균 화소 농도 분포를 f(x)로 한다. 이 f(x)에 푸리에 변환법 등의 주파수 해석법을 적용함으로써, f(x)로부터, 상정되는 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치의 변동 폭(예를 들면, -5%~+5%)에 상당하는 공간 주파수 성분만을 추출하면, 이하의 수식 (9)로 나타내어지는 분포 f_S(x)가 얻어진다. 이 f_S(x)에는, 투영한 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치의 분포만이 주기적인 성분으로서 포함되어 있으므로, 위상 성분 φ(x)를 해석함으로써, 세로 방향 피치의 분포를 구할 수 있다.

[수 6]

위상 성분의 해석에는, 예를 들면 힐버트 변환을 이용할 수 있다. 힐버트 변환이란, 원래의 파형에 대해 위상이 π/2(90°)만큼 어긋난 동 진폭의 파형으로의 변환을 말한다. 힐버트 변환을 행하기 위한 계산 방법에는, f_S(x)를 이산 푸리에 변환하여 얻어진 F_S(k)의 음의 주파수부의 계수를 0으로 치환하여, 이산 역푸리에 변환한 결과가 f_S(X)+if_H(x)가 되는 것이 이용된다. 얻어진 f_H(x)는 f_S(x)에 대해, 위상이 π/2만큼 어긋나 있으므로, 이하의 수식 (10)으로 나타내어진다.

[수 7]

이 때문에, f_S(x)/f_H(x)의 아크탄젠트(역탄젠트 함수)를 계산한 결과는, 이하의 수식 (11)에 나타내는 바와 같이, 위상 성분인 -φ(x)와 동일해진다.

[수 8]

얻어진 φ(x)는 랩핑되어 있으므로(π마다 꺾여져 있다), 꺾여지는 점마다 π를 더하거나 빼서(언랩핑 처리), 연속적인 파형으로 한다. 또 이하의 수식 (12)에 나타내는 바와 같이, f_S(x)와 f_H(x)의 제곱합의 제곱근을 계산함으로써, f_S(x)의 진폭 A(x)를 구할 수 있다.

[수 9]

여기에서, 위상 성분 φ(x)의 미분인 dφ(x)/dx는, 공간 주파수 분포에 2π를 곱한 것과 동일하므로, 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치 p_m(x)은, 이하의 수식 (13)으로 구할 수 있다.

[수 10]

수평으로 설치되어 평탄한 표면 형상을 갖는 기준재에 대해 얻어지는 평균 화소 농도 분포에 대해서도 상기와 동일한 해석을 행함으로써, 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치 p_S(x)를 구하는 것이 가능하다.

다음에 본 처리에서는, 상기와 같이 하여 산출한 지그재그형상 패턴의 명부의 세로 방향 피치의 분포 p_m(x), p_S(x)와, 하기의 수식 (1)에 의거하여, 형상 측정선을 따른 열연강판 S 표면의 경사 각도의 분포 θ(x)를 산출한다.

[수 11]

상기의 수식 (1)에 있어서, x는 패턴 화상에 있어서의 지그재그형상 패턴의 세로 방향을 따른 위치(판재의 길이 방향을 따른 위치)를, θ(x)는 수평 방향과 판재의 표면이 이루는 경사 각도의 분포를, α는 연직 방향과 촬상 수단에 의한 촬상 방향이 이루는 각도(본 실시 형태에서는 25°)를, β는 연직 방향과 지그재그형상 패턴의 투영 방향이 이루는 각도(본 실시 형태에서는 15°)를 의미한다.

마지막으로 본 처리에서는, 상기와 같이 하여 산출한 각 형상 측정선을 따른 열연강판 S 표면의 경사 각도를, 각 형상 측정선을 따라 적분함으로써, 각 형상 측정선을 따른 열연강판 S의 표면 형상을 산출한다.

각 형상 측정선을 따른 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었는지의 여부는, 예를 들면, 각 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포의 진폭이 과도하게 작아지고 있는지의 여부로 판정하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 평균 화소 농도 분포 f(x)를 전술한 바와 같이 위상 해석함으로써 수식 (12)로 산출되는 진폭 A(x) 중, 미리 설정한 역치 미만의 진폭이 되는 화소수를 계수하여, 그 화소수가 미리 정한 개수보다 적으면, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 없었다고 판정하고, 그 화소수가 미리 정한 개수 이상이면, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었다고 판정하는 것이 가능하다.

<A-5-5. 대표 형상 측정선의 결정(도 11의 S5)>

본 처리에서는, 우선, 모든 형상 측정선 중, 전술한 판정에 의해 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었던 형상 측정선을 특정한다. 도 12에 나타내는 예에서는, 번호 5~21의 형상 측정선에 있어서, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있다(도 12(b) 참조).

다음에, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었던 형상 측정선(번호 5~21의 형상 측정선) 중, 가장 판 폭 방향 에지측의 형상 측정선(번호 5 및 21의 형상 측정선)보다 판 폭 방향으로 1개만큼 내측의 형상 측정선(번호 6 및 20)의 형상 측정선)을 대표 형상 측정선 L11, L15로서 선정한다.

또한 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었던 형상 측정선(번호 5~21의 형상 측정선) 중, 가장 판 폭 방향 에지측의 형상 측정선(번호 5 및 21의 형상 측정선)으로 구획되는 판 폭 방향의 범위를 거의 4등분하는 형상 측정선(번호 9, 13 및 17의 형상 측정선)도, 대표 형상 측정선 L12, L13, L14로서 선정한다.

이상과 같이 하여, 합계 5개의 대표 형상 측정선 L11~L15를 결정한다.

<A-5-6. 평탄도(급준도)의 연산 처리(도 10의 S6)>

본 처리에서는, 전술한 바와 같이 하여 산출한 각 대표 형상 측정선 L11~L15를 따른 열연강판 S의 표면 형상에 의거하여 급준도를 연산한다. 이 급준도의 연산 시에는, 우선, 각 대표 형상 측정선 L11~L15를 따른 일정한 대상 구간에 있어서의 표면 길이와, 그 사이의 직선 거리에 의거하여, 각 대표 형상 측정선 L11~L15에서의 신장률을 산출한다. 그리고 열연강판 S의 폭 방향 중앙부의 대표 형상 측정선 L13에서의 신장률 ε_CENT와, 다른 대표 형상 측정선 L11, L12, L14, L15에서의 신장률 ε_EDGE의 차인 신장차율 Δε를 산출한다(전술한 수식 (2) 참조). 그리고 이 신장차율 Δε와 전술한 수식 (3)에 의거하여, 급준도 λ를 산출한다.

이하, 좌측 에지 근방의 대표 형상 측정선 L11 및 폭 방향 중앙부의 대표 형상 측정선 L13을 따른 표면 형상에 의거하여 급준도를 구하는 경우에 대해, 도 13을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 13은 급준도를 연산하는 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 대표 형상 측정선 L11에서의 신장률 ε_EDGE는, 대표 형상 측정선 L11을 따른 열연강판 S의 표면 형상 S11의 대상 구간에 있어서의 표면 길이와, 그 사이의 직선 거리에 의거하여, 도면 중의 계산식으로 산출한다. 동일하게, 대표 형상 측정선 L13에서의 신장률 ε_CENT는, 대표 형상 측정선 L13을 따른 열연강판 S의 표면 형상 S13의 대상 구간에 있어서의 표면 길이와, 그 사이의 직선 거리에 의거하여, 도면 중의 계산식으로 산출한다. 도 13에 나타내는 예에서는, 미소한 측정 노이즈의 영향을 억제하기 위해, 대상 구간을 점 P₀~P₁₂로 12구간으로 분할하고, 꺾은선 근사함으로써, 표면 형상 S11 및 S13의 표면 길이를 계산하고 있다. 그리고 대표 형상 측정선 L13에서의 신장률 ε_CENT와, 대표 형상 측정선 L11에서의 신장률 ε_EDGE의 차인 신장차율 Δε를 산출하고, 이 신장차율 Δε와 수식 (3)에 의거하여, 급준도 λ를 산출한다.

<A-5-7. 측정 결과의 유효성 판정 처리(도 11의 S7)>

본 처리에서는, 전술한 바와 같이 하여, 열연강판 S의 길이 방향으로 상이한 복수의 부위에 대한 평탄도(급준도)를 순차적으로 측정하여, 미리 설정한 최근 N(N은 2 이상의 정수)회의 평탄도 측정치가, 각각 측정에 성공한 것인지의 여부를 판정한다. 본 실시 형태에서는, 측정에 성공한 것인지의 여부의 판정을, 모든 대표 형상 측정선을 따른 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었는지의 여부로 판정하고 있다. 요컨대, 모든 대표 형상 측정선을 따른 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었던 경우에 비로소, 측정에 성공한 평탄도 측정치인 것으로 판정하고 있다. 대표 형상 측정선을 따른 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었는지의 여부는, 전술한 바와 같이, 수식 (12)로 산출되는 진폭 A(x) 중, 미리 설정한 역치 미만의 진폭이 되는 화소수를 계수하여, 그 화소수가 미리 정한 개수보다 적으면, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 없었다고 판정하고, 그 화소수가 미리 정한 개수 이상이면, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었다고 판정하고 있다.

다음에 본 처리에서는, 최근 N회의 평탄도 측정치 중, 측정에 성공한 것이라고 판정된 회수가, 미리 설정한 역치 M 이상인 경우에는, 측정에 성공한 것을 나타내는 신호(측정 결과가 유효한 것을 나타내는 신호)를 마무리 압연기 등을 제어하는 제어 장치에 대해 출력함과 더불어, 상기 최근 N회의 평탄도 측정치 중, 측정에 성공한 평탄도 측정치의 평균치를 평탄도 측정 결과로서 상기 제어 장치에 출력한다. 한편, 측정에 성공한 것이라고 판정된 회수가 상기 역치 M 미만인 경우에는, 측정에 실패한 것을 나타내는 신호(측정 결과가 무효인 것을 나타내는 신호)를 상기 제어 장치에 출력한다.

본 실시 형태에서는, N=10으로 설정하고 있다. 본 실시 형태의 화상 해석 장치(3)에 의하면, 1초간에 20장의 패턴 화상을 처리할 수 있으므로, N=10은 0.5초에 상당한다. 이것은, 평탄도 측정치를 마무리 압연기 등으로의 피드백 제어에서 이용하는데 충분한 측정 응답 속도이다. 또 본 실시 형태에서는, 역치 M=5로 설정하고 있다. 정확한 급준도를 연산하기 위해서는, 열연강판 S의 폭(최대로 1.65m)의 약 3배 이상의 길이 5m에 걸친 측정치가 필요하다고 생각된다. 이 때문에, 본 실시 형태에 있어서의 열연강판 S의 길이 방향의 촬상 시야 1m의 범위를 적어도 5회 정상적으로 측정할 수 있었던 것이 상기 제어 장치에 출력되도록, 역치 M=5로 설정하고 있다.

이하, 본 실시 형태에 따른 평탄도 측정 방법을 적용한 경우의 효과에 대해 설명한다.

<A-6. LED의 동기 점등의 효과에 대해>

도 14는 본 실시 형태의 LED를 연속적으로 점등한 경우와, 촬상 수단에 동기시켜 간헐적으로 점등(주파수 40Hz, 점등 시간 5msec)시킨 경우의 각각에 있어서의 LED의 온도 상승(도달 온도)을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 연속 점등의 경우에는, 0.3W 정도의 입력 전력이어도, LED(111)는 100℃ 이상의 고온이 되어 버린다. 일반적으로, LED의 내열 온도는 120℃ 정도이므로, 연속 점등의 경우에는, LED(111)의 수명이 현저하게 짧아질 가능성이 있다. 한편, 본 실시 형태와 같이 간헐 점등하는 경우, 온도 상승은 최대 전력의 0.6W(순시값)를 입력한 경우여도, 50℃ 정도로 낮아, 발열에 의한 LED(111)의 파손이 방지된다.

<A-7. 경사 각도 측정 정밀도의 검증>

도 15는 본 실시 형태의 평탄도 측정 장치에 의한 경사 각도 측정 정밀도를 경사 각도 측정용 샘플을 이용하여 검증한 결과를 나타낸다. 도 15(a)는 경사 각도 측정용 샘플의 개략 구성을 도시하는 평면도이고, 도 15(b)는 경사 각도 측정용 샘플의 개략 구성을 도시하는 정면도이며, 도 15(c)는 측정 정밀도 검증 결과를 나타내는 그래프이다.

도 15(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 경사 각도 측정용 샘플은, 판재로서의 염화비닐판의 길이 방향 2개소(회전축 a 및 b의 위치에 상당하는 개소)의 경사 각도를 임의로 설정할 수 있도록 구성되어 있으며, 각 개소에서 설정한 경사 각도는 경사계(측정 정밀도 0.05°)를 이용하여 측정하였다. 다음에, 이 경사 각도 측정용 샘플을 테이블 롤러 상에 설치하고, 도 5에 나타내는 평탄도 측정 장치(100)를 이용하여, 상기 2개소의 염화비닐판의 경사 각도를 측정하였다. 도 15(c)의 가로축은 상기 2개소에서 설정한 경사 각도의 차를, 세로축은 평탄도 측정 장치(100)로 측정한 상기 2개소에 있어서의 염화비닐판 폭 방향 중앙부의 경사 각도의 차를 나타낸다.

도 15(c)에 나타내는 바와 같이, 평탄도 측정 장치(100)의 측정 결과와, 설정치(경사계의 측정치)의 차는 2σ=0.45°였다. 판재의 표면 형상이 정현파라고 가정하면, 급준도와 경사 각도는 비례 관계에 있으며, 열연강판의 제조 라인에서 상정되는 최대의 급준도 5%를 경사 각도로 환산하면 9°에 상당한다. 이 때문에, 상기의 0.45°는, 급준도로 환산하면 0.13%가 되어, 양호한 측정 정밀도가 확보되고 있다고 할 수 있다.

<A-8. 패턴 화상의 비교>

도 16은 열연강판 S 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우에 얻어지는 패턴 화상예와, 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우에 얻어지는 패턴 화상예를 나타낸다. 도 16(a)는 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우의 패턴 화상예를 나타낸다. 도 16(b)는 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우의 패턴 화상예로서, LED 광원의 모든 기판에 대해 동일한 전력을 입력한 경우의 예를 나타낸다. 도 16(b)는 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우의 패턴 화상예로서, 열연강판 S의 폭 방향 중앙부에 대응하는 기판의 입력 전력을, 폭 방향 에지부에 대응하는 기판의 입력 전력보다 낮게 설정한 경우의 예를 나타낸다. 도 16(a)~(c)의 패턴 화상은, 모두 고감도 촬상 수단(22)으로 취득한 패턴 화상이다. 또 도 16(a)~(c)의 패턴 화상은, 모두 동일한 재질, 동일한 치수의 열연강판 S의 정상부에 대해 취득한 패턴 화상이다.

또한 상기 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터를 구성하는 광원으로서는, 출력 2.5kW의 메탈할라이드 램프를 사용하고 있다. 이 램프로부터 방출된 광은, 램프 전면에 배치한 슬라이드 및 결상 렌즈를 통과하여, 열연강판 S 표면에 약 18배의 결상 배율로 투영된다. 프로젝터로부터 열연강판 S 표면까지의 거리는 2.5m이며, 투영된 선형상 패턴의 치수는 세로 방향으로 1400m, 가로 방향으로 1800mm이다. 상기 슬라이드에는, 석영 유리 기판 상에 Cr을 증착함으로써, 선형상 패턴이 형성되어 있다. Cr이 증착되어 있는 부분이 선형상 패턴의 암부가 되고, 증착되어 있지 않은 부분이 선형상 패턴의 명부가 된다.

도 17은 종래의 프로젝터를 구성하는 슬라이드에 형성된 선형상 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 17(a)는 전체도를, 도 17(b)는 부분적으로 확대한 도면을 나타낸다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 슬라이드에는, 명부 M이 세로 방향으로 1.6mm 피치로 배치되어 있다. 전술한 바와 같이, 결상 배율은 약 18배이므로, 열연강판 S 표면에서는, 명부 M이 세로 방향으로 약 28.8mm 피치로 배치된 선형상 패턴이 투영되게 된다. 열연강판 S 표면 부근에서의 조도는, 프로젝터의 광축 부근에서 약 6000Lx, 열연강판 M의 에지 근방에서 약 3000Lx이다.

도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 종래의 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우에는, 정반사광을 수광하는 위치에 대응하는 화소 영역(패턴 화상의 중앙부)에 있어서 화소 농도가 포화되어, 선형상 패턴이 찌그러져 버린다. 이에 반해, 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우에는, 모든 기판에 대해 동일한 전력을 입력하였을 때(도 16(b))여도, 패턴 화상의 중앙부에서 지그재그형상 패턴이 완전히 찌그러져 있지 않으며, 특히 패턴 화상의 중앙부에 대응하는 기판으로의 입력 전력을 최소로 설정하였을 때(도 16(c))에는, 지그재그형상 패턴이 찌그러지지 않고 명료하게 관찰할 수 있다.

<A-9. 급준도 등 측정 차트의 비교>

도 18은 열연강판 S 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 전술한 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우의 강판 1코일분 전체 길이의 급준도 등의 측정예를 나타낸다. 도 19는 열연강판 S 표면에 투영하는 명암 패턴으로서, 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우의 강판 1코일분 전체 길이의 급준도 등의 측정예를 나타낸다. 도 18(a) 및 도 19(a)는 양 에지 근방의 대표 형상 측정선 L11, L15에 대해 측정한 급준도의 측정치를, 도 18(b) 및 도 19(b)는 최근 10회의 평탄도 측정치 중 측정에 성공한 회수를, 도 18(c) 및 도 18(c)는 표면 형상을 정상적으로 측정할 수 있었던 대표 형상 측정선의 개수를 나타낸다. 측정 대상인 열연강판 S는, 어느 경우나 동일한 재질, 동일한 치수이며, 평탄도 불량이 발생한 선단 부근의 것이다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 명암 패턴으로서, 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우, 표면 형상의 측정에 대해, 5개의 대표 형상 측정선의 모두에 대해 정상적으로 측정할 수 없으며, 몇 개의 대표 형상 측정선에 대해 실패하는 경우가 발생하고 있다. 이 때문에, 최근 10회의 평탄도 측정치 중 측정에 성공한 회수가 5회 미만이 되는 경우가 발생하여, 신뢰할 수 없는 측정치가 되므로, 제어 장치에 출력할 수 없다. 특히, 본래 평탄도를 제어할 필요가 있는 열연강판 S 선단의 무장력 상태로 측정되어 있지 않다. 한편, 도 19에 나타내는 바와 같이, 명암 패턴으로서, 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우는, 거의 열연강판 S의 1코일분 전체 길이에 걸쳐, 표면 형상의 측정이 정상적으로 되고 있으며, 종래에 비해 개선되어 있는 것을 알 수 있다.

<A-10. 에지 검출 위치의 검증>

도 20은 본 실시 형태의 평탄도 측정 장치(100)에 의해 산출할 수 있는 열연강판 S의 판 폭 측정치를 평가한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 20의 가로축은 실제의 판 폭을 나타내며, 세로축은 평탄도 측정 장치(100)에 의한 판 폭 측정치와 실제의 판 폭의 차를 나타낸다. 평탄도 측정 장치(100)에 의한 판 폭 측정치란, 도 12를 참조하여 전술한 바와 같이, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었던 형상 측정선(도 12에 나타내는 예에서는, 번호 5~21의 형상 측정선) 중, 가장 판 폭 방향 에지측의 형상 측정선(도 12에 나타내는 예에서는, 번호 5 및 21의 형상 측정선)들의 간격을 의미한다. 따라서, 평탄도 측정 장치(100)에 의한 판 폭 측정치는, 각 형상 측정선의 피치와 동일하게 75mm 피치로 산출되게 된다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 평탄도 측정 장치(100)에 의한 판 폭 측정치와 실제의 판 폭의 차는, -100mm~+50mm 정도가 된다. 전술한 바와 같이, 평탄도 측정 장치(100)에 의한 판 폭 측정치란, 열연강판 S의 표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었던 형상 측정선 중, 가장 판 폭 방향 에지측의 형상 측정선들의 간격을 의미한다. 또 좌측 에지 근방의 대표 형상 측정선 L11 및 우측 에지 근방의 대표 형상 측정선 L15는, 상기 가장 판 폭 방향 에지측의 형상 측정선보다 판 폭 방향으로 1개만큼 내측(75mm 내측)의 형상 측정선이다. 이 때문에, 좌측 에지 근방의 대표 형상 측정선 L11 및 우측 에지 근방의 대표 형상 측정선 L15의 간격과, 실제의 판 폭의 차는, -250mm(=-100-75-75)~-100mm(=+50-75-75)의 값이 된다. 바꿔 말하면, 좌측 에지 근방의 대표 형상 측정선 L11 및 우측 에지 근방의 대표 형상 측정선 L15의 위치는, 실제의 열연강판 S의 에지보다 평균적으로 50mm~125mm 내측이 된다. 따라서, 일반적으로 평탄도 제어에 이용되는 위치에서, 표면 형상의 측정이 행해지고 있다고 생각할 수 있다.　

<A-11. 측정 안정성>

표 1에, 동일 강종의 열연강판 S에 대해, 전술한 종래의 슬라이드를 구비하는 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우와, 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용한 경우의 측정 안정성을 비교한 결과의 일례를 나타낸다. 강종에 따라 열연강판 S 표면의 상황이 상이하므로, 종래의 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우에 표면 형상 측정 성공률이 낮았던 강종과 동일한 강종에 대해 측정 안정성을 비교하고 있다. 표 1 중의 표면 형상 측정 성공률, 유효 판정률은, 각각, 열연강판 S의 각 코일마다 이하의 수식 (14), (15)로 구한 값의 평균치를 나타내고 있다.

표면 형상 측정 성공률=(표면 형상을 정상적으로 산출할 수 있었던 대표 형상 측정선의 개수/1코일 전체 길이에 대한 촬상 화상에 있어서 각각 결정된 대표 형상 측정선의 총 개수)×100 …(14)

유효 판정률=(평탄도 측정에 성공한 회수/1코일 전체 길이에 대한 촬상 화상수)×100　…(15)

[표 1]

표면 형상의 측정에 대해서는, 종래의 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용한 경우에는 83.8%의 성공률이었던 것이, 본 실시 형태의 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용함으로써 99.8%로 대폭으로 개선되고 있다. 이에 따라, 유효 판정률도 94.2%로부터 99.9%로 개선되고 있다.

이상에 설명한 바와 같이, 종래의 프로젝터에 의한 선형상 패턴을 이용하는 경우의 측정 불량은, 본래 제어를 행해야 할 평탄도 불량부에 많이 발생하고 있었던 것을 고려하면, 본 실시 형태와 같이 LED 광원에 의한 지그재그형상 패턴을 이용하는 것에 의한 평탄도 측정치의 제어에 대한 적용 효과는 커지는 것을 기대할 수 있다. 또한 측정 결과의 유효성 판정에 의거하여, 제어를 온/오프함으로써, 측정 이상치에 의한 제어 미스를 방지할 수 있어, 안정된 제어를 실현할 수 있다.

B. 제2 실시 형태

<B-1. LED 광원의 구성>

전술한 제1 실시 형태에서는, 복수의 LED를 지그재그형상으로 배치한 LED 광원을 이용하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 복수의 LED를 매트릭스형상으로 배치한 LED 광원을 이용하는 것도 가능하다.

도 21은 본 실시 형태의 LED 광원(1A)의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 도 21(a)는 LED 광원(1A)의 주요부의 사시도이며, 도 21(b)는 각 기판(11) 상의 LED(111)의 배치예를 도시하는 도면이다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 LED 광원(1A)은, 복수의 LED(111)를 매트릭스형상으로 배치한 5장의 기판(11)을 구비하는 점이, 제1 실시 형태의 LED 광원(1)과 상이하다. 본 실시 형태의 LED(111)도 크기가 0.6mm²이고, 최대로 0.6W의 출력이 가능한 것이며, 절연된 알루미늄제의 기판(11) 상에 고정되어 전기 배선되고 있다. 각 기판(11) 상에는, 세로 방향으로 7개(이들 7개의 LED(111)가 직렬 접속되어 있다)이고, 가로 방향으로 16개의 합계 112개의 LED(111)가 배치되어 있으므로, 각 기판(11)으로의 입력 전력은 67.2W(=0.6W×112)이다. LED(111)는, 기판(11)의 세로 방향으로 10mm 피치로, 가로 방향으로 1.1mm 피치로 매트릭스형상으로 배치되어 있다. LED 광원(1A)의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 LED 광원(1)과 동일하므로 설명을 생략한다. LED 광원(1) 대신에 본 실시 형태의 LED 광원(1A)을 적용하는 것 이외는, 제1 실시 형태의 평탄도 측정 장치(100)와 동일한 구성을 갖는 평탄도 측정 장치를 이용해도, 열연강판 S의 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능하다.

본 실시 형태의 LED 광원(1A)을 이용함으로써 열연강판 S의 표면에 투영되는 명암 패턴은, LED(111)의 가로 방향의 배치 피치가 세로 방향의 배치 피치에 비해 매우 작으므로, 거의 선형상 패턴에 가까운 것이 된다.

도 22는 본 실시 형태의 LED 광원(1A)을 이용함으로써 얻어지는 패턴 화상의 예를 나타낸다. 도 22(a)는 평탄한 표면 형상을 갖는 열연강판 S에 대해 얻어지는 패턴 화상의 예를, 도 22(b)는 중앙부가 신장되어 있는 열연강판 S에 대해 얻어지는 패턴 화상의 예를 나타낸다.

도 22에 나타내는 바와 같이, 중앙부가 신장되어 있는 열연강판 S에 대해 얻어지는 패턴 화상의 중앙부에 있어서의(대표 형상 측정선 L13 상에 있어서의) 명암 패턴의 명부의 세로 방향 피치는, 평탄한 표면 형상을 갖는 열연강판 S에 대해 얻어지는 패턴 화상의 중앙부(대표 형상 측정선 L13 상에 있어서의)에 있어서의 명암 패턴의 명부의 세로 방향 피치로부터 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 이 패턴 화상에 대해 제1 실시 형태와 동일한 처리를 행함으로써, 제1 실시 형태와 동일하게, 열연강판 S의 평탄도를 정밀도 좋게 측정 가능하다.

또한 이상에 설명한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 열연강판 제조 라인의 마무리 압연기열의 출구측에서 평탄도(급준도)를 측정하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 발명에 따른 방법에서는, 대규모의 측정 장치를 필요로 하지 않으며, 또 열연강판의 사행으로의 추종성도 양호하므로(도 20 참조), 설치 스페이스가 적은 마무리 압연기간이나, 열연강판의 사행량이 큰 코일 권선기 직전에 있어서 평탄도를 측정하는 경우에도 적용 가능하다. 또 열연강판 이외에서 평탄도 불량이 문제가 되는 박강판 제조 라인의 예를 들면 연속 소둔로 출구측에 있어서 평탄도를 측정하는 경우에도 적용 가능하다. 또한 결상 배율이 큰 결상 렌즈를 사용함과 더불어 LED 광원을 판재 표면으로부터 멀리 설치함으로써, 후강판과 같은 큰 판재의 평탄도를 측정하는 것도 가능하다.

Claims

길이 방향으로 주행하는 판재의 표면에 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴을 투영하고, 상기 판재의 폭보다 큰 촬상 시야를 갖는 촬상 수단으로 상기 명암 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득하며, 상기 취득한 패턴 화상을 해석함으로써 상기 판재의 평탄도를 측정하는 방법으로서,
세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원으로부터 방출되는 광에 의해, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 설정 피치로 배치된 명암 패턴을 형성하고, 상기 명암 패턴의 세로 방향이 상기 판재의 길이 방향을 따르고, 상기 명암 패턴의 가로 방향이 상기 판재의 폭 방향을 따르도록, 상기 명암 패턴을 상기 판재의 표면에 투영하는 것을 특징으로 하는 판재의 평탄도 측정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 명암 패턴의 상기 판재의 표면에서의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 상기 촬상 수단을 배치하고,
상기 LED 광원이 구비하는 각 LED에 통전하는 전류치 중, 상기 촬상 수단으로 그 정반사광을 수광하는 명부에 대응하는 LED에 통전하는 전류치를 최소로 설정하는 것을 특징으로 하는 판재의 평탄도 측정 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 촬상 수단으로서, 노광 타이밍 및 노광 시간을 설정 가능한 전자 셔터가 달린 2차원 카메라를 이용하며,
상기 LED의 점등 타이밍 및 점등 시간을 각각, 상기 전자 셔터가 달린 2차원 카메라에 설정된 노광 타이밍 및 노광 시간에 동기시키는 것을 특징으로 하는 판재의 평탄도 측정 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 피치로 지그재그형상으로 배치된 복수의 LED를 구비하는 LED 광원으로부터 방출되는 광에 의해, 명부가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 소정의 설정 피치로 지그재그형상으로 배치된 지그재그형상 패턴을 형성하고, 상기 지그재그형상 패턴의 세로 방향이 상기 판재의 길이 방향을 따르고, 상기 지그재그형상 패턴의 가로 방향이 상기 판재의 폭 방향을 따르도록, 상기 지그재그형상 패턴을 상기 판재의 표면에 투영하는 제1 단계와,
상기 지그재그형상 패턴의 상기 판재의 표면에서의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 상기 촬상 수단을 배치하고, 상기 촬상 수단으로 상기 지그재그형상 패턴을 촬상함으로써 상기 패턴 화상을 취득하는 제2 단계와,
상기 취득한 패턴 화상 내의 소정의 위치에, 상기 지그재그형상 패턴의 세로 방향을 따라 연장되는 형상 측정선을 설정하는 제3 단계와,
상기 형상 측정선 상의 화소를 통과하여 상기 지그재그형상 패턴의 가로 방향으로 연장되고, 상기 명부의 가로 방향 설정 피치의 2배 이상의 길이를 갖는 직선 상의 화소 농도를 평균화하여, 평균 화소 농도를 산출하는 제4 단계와,
상기 형상 측정선을 따른 상기 평균 화소 농도의 분포를 산출하는 제5 단계와,
상기 산출한 평균 화소 농도 분포에 의거하여, 상기 형상 측정선을 따른 상기 판재의 표면 형상을 산출하고, 상기 산출한 표면 형상에 의거하여, 상기 판재의 평탄도를 연산하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 평탄도 측정 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 LED로서, 상기 판재로부터 방출되는 복사광의 피크 파장과는 상이한 단일 파장의 광을 방출하는 LED를 이용하며,
상기 촬상 수단 전에, 상기 LED의 방출 파장 근방의 광만을 투과시키는 밴드 패스 필터를 배치하는 것을 특징으로 하는 판재의 평탄도 측정 방법.
조압연기로 조압연된 강편을 마무리 압연기로 압연한 후, 냉각대에서 냉각시켜 강판을 제조하는 방법으로서,
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 평탄도 측정 방법에 의해, 상기 판재로서의 강판의 평탄도를 측정한 결과에 의거하여, 상기 마무리 압연기열의 압연 조건 또는 상기 냉각대에서의 냉각 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.