KR20140065500A - 잔류 스케일 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

측정 대상물의 반사도 및 색상의 영향을 저감하여 광학적 방식으로 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있는 잔류 스케일 측정 장치 및 방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 대상물로 광을 조사하는 광원부와, 광원부로부터 조사된 광의 정반사각방향 반사산란광을 입사하여 측정하는 제1광측정부와, 측정 대상물에 대해 수직한 방향에서, 광원부로부터 조사된 광의 수직방향 반사산란광을 입사하여 측정하는 제2광측정부를 포함하는 잔류 스케일 측정 장치를 제공한다.

Description

잔류 스케일 측정 장치 및 방법{APPARATUS FOR MEASURING REMAIN SCALE AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 잔류 스케일 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 측정 대상물의 반사도 및 색상의 영향을 저감하여 광학적 방식으로 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있는 잔류 스케일 측정 장치 및 방법에 관한 기술이다.
산세공정은 열연공정 후 냉연공정에서 열연 소재의 표면에 형성된 스케일을 제거하는 공정이다. 이러한 산세 공정을 거쳐 고품질 표면의 열연 제품을 제공한다.
특히, 냉연, PFGL 등과 같이 산세공정이 있는 라인에서는 산세공정 후 산세가 완전히 이루어졌는지를 확인하는 작업이 요구된다.
본 발명의 배경기술로서 대한민국 등록특허 제941594호에 따르면, 산세 공정 시 정확한 정보를 확보하기 위하여, 산세와 관련 되는 다른 조건은 동일하게 조정한 상태에서 오직 산세 시간만을 변수로 하여 산세를 진행한 여러 시편을 제조한 다음, 3차원으로 시편의 표면상태를 측정한 다음 잔류 스케일을 %로 나타내는 방법에 관하여 제시하고 있다. 그러나, 온라인 상에서 잔류 스케일을 정량적으로 측정하는 방법에 관하여는 아직까지 소개된 바가 없으며, 현재까지도 오로지 작업자의 육안 관측에 의존하여 산세 정도를 판단하는 수준에 머무르고 있다.
그런데, 작업자의 육안 관측에 의존할 경우, 산세 품질의 판단이 작업 숙련도에 따라 또는 작업자마다 다르게 내려질 수 있다.
다시 말해서, 작업자의 오판으로 인하여, 산세 처리가 잘 이루어지지 않는 강종에 대해 필요 이상의 긴 작업 시간을 설정할 경우 생산성이 저하된다. 또한, 육안 관측은 색상을 보고 판단을 내리게 되므로, 소재의 기본 색상에 변화가 있을 경우 산세 품질을 잘못 판단할 가능성이 있다. 만일, 산세공정 이후에도 잔류 스케일이 존재하게 되면, 추후 공정에서 표면결함, 도금불량 등의 심각한 제품 결함을 초래할 수 있다.
따라서, 온라인 상에서 정량적으로 잔류 스케일을 측정할 수 있는 장치 및 방법에 대한 개발에 관심이 고조되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제941594호
본 발명은 온라인 상에서 측정대상물의 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있는 잔류 스케일 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다.
또한, 측정 대상물의 반사도 및 색상의 영향을 저감하여 광학적 방식으로 잔류 스케일을 측정할 수 있는 잔류 스케일 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 대상물로 광을 조사하는 광원부; 상기 광원으로부터 조사된 광의 정반사각방향 반사산란광을 입사하여 측정하는 제1광측정부; 및 측정 대상물에 대해 수직한 방향에서, 상기 광원으로부터 조사된 광의 수직방향 반사산란광을 입사하여 측정하는 제2광측정부; 를 포함하는 잔류 스케일 측정 장치를 제공한다.
이때, 상기 광원부는, 외부 영향을 감소하기 위해 광 출력을 변조하여 이용하며, 또한, 다수 파장을 포함하는 발광다이오드 또는 백색광원을 이용할 수 있다.
또한, 상기 정반사각방향 반사산란광(BF)의 측정치와 수직방향 반사산란광의 측정치를 나누어 산세시간 상관 데이터를 연산하는 연산처리부를 더 포함한다.
그리고 상기 광원부, 제1광측정부 및 제2광측정부를 측정 대상물인 강판의 폭 방향을 따라 복수 개를 배치하여 이용할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 측정 대상물에 광을 조사하는 단계; (b) 정반사각방향에서 반사산란광을 측정하는 동시에 측정대상물에 대해 수직방향에서 반사산란광을 측정하여, 산세시간 상관 데이터를 연산하는 단계; (c) 잔류 스케일을 정량 분석하는 단계; 를 포함하는 잔류 스케일 측정 방법을 제공한다.
이때, 상기 (b) 단계에서의 산세시간 상관 데이터는 상기 정반사각방향 반사산란광 측정치에 수직방향 반사산란광 측정치를 나눈 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 온라인 상에서 측정대상물의 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있다. 특히, 측정 대상물의 반사도 및 색상의 영향을 저감하여 광학적 방식으로 잔류 스케일을 측정할 수 있다.
또한, 잔류 스케일을 온라인 상에서 실시간으로 측정함으로써 산세에 걸리는 시간을 최적화하여 생산속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 작업자의 육안 관측에 의존하였던 종래의 방식의 탈피하여, 광학적으로 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있다. 그 결과, 작업자의 오판으로 인하여 산세공정이 잘 이루어지지 못하여 제품 상에 표면결함이나 도금불량 등의 문제가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치의 작동 상태도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치의 적용 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 방법의 순서도.
도 5는 산세시간과 BF, DF 간의 상관성을 보여주는 그래프.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스트립 측정 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 잔류 스케일 측정 장치(100)는, 광을 조사하는 광원부(110)와, 상기 광원과 측정 대상물(S)(예: 시편)의 정반사각 위치에서 반사된 광을 측정하는 제1광측정부(120)와, 측정 대상물(S)에 대해 수직된 위치에서 반사된 광을 측정하는 제2광측정부(130)를 포함한다.
광원부(110)는 측정 대상물(S)에 대해 광을 조사하는 장치이다.
특히, 광원부(110)는 외부 영향을 감소하기 위해 광 출력을 변조하여 사용하며, 단색의 레이저보다는 다양한 파장을 포함하는 발광다이오드(LED) 또는 백색광원을 이용하는 것이 좋다.
제1광측정부(120)는 상기 광원부(110)로부터 조사된 광의 정반사각방향 반사산란광을 입사하여 측정한다.
여기서, '정반사각방향 반사산란광'은 상기 광원부(110)와 측정 대상물(S)의 정반사각 위치에서 측정 대상물(S)에 반사되어 산란된 광을 말하며, 제1광측정부(120)는 이러한 반사산란광을 수렴하여 측정한다. 그리고 이때 측정된 광 측정치를 이하 BF(Bright Field) 값이라 한다.
그리고 제2광측정부(130)는 상기 광원부로부터 조사된 광의 수직방향 반사산란광을 입사하여 측정한다.
여기서, '수직방향 반사산란광'은 상기 측정 대상물(S)로부터 수직된 위치에서 측정 대상물(S)에 반사되어 산란된 광을 말하며, 제2광측정부(130)는 이러한 반사산란광을 수렴하여 측정한다. 그리고 이때 측정된 광 측정치를 DF(Dark Field) 값이라 한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 각도 눈금(103)이 구비된 원판 부재(101)의 둘레 가장자리에는 요철 형성된 레일이 마련되어 있는데, 이 레일을 따라 상기 광원부(110)를 지지하는 지지 부재의 가이드 블록(M1)이 이동된다. 이에 따라 측정 대상물(S)에 대해 광 조사 각도가 다르게 설정될 수 있다.
또한, 제1광측정부(120)를 지지하는 지지 부재의 가이드 블록(M2) 역시 원판 부재(101)의 둘레를 따라 이동하는 데, 이로써, 상기 광원부(110)는 물론 상기 제1광측정부(120)의 위치를 광 조사 방향의 정반사각방향으로 손쉽게 이동될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치의 작동 상태도 이다.
도 2를 참조하면, 도 1을 통해 살펴본 잔류 스케일 측정 장치의 세부 구성을 이용하여 측정 대상물(S)에 대한 잔류 스케일을 측정하는 모습을 확인할 수 있다.
도시된 바와 같이, 광원부(110)는 측정 대상물(S)을 향해 설정된 각도로 광을 조사한다.
이때, 광원부(110)의 전방에는 조사된 광(P)이 측정 대상물(S) 쪽으로 평행하게 진행될 수 있도록 렌즈(112)가 더 구비될 수 있다. 이와 같이 측정 대상물(S) 쪽으로 평행하게 조사된 광은 측정 대상물(S)의 표면에 반사되어 산란된다. 이를 '반사산란광(P′, P″)이라 한다.
한편, 상기 광원부(110)로부터 측정 대상물(S)을 향해 조사된 광에 대하여 정반사각 위치에는 제1광측정부(120)가 반사산란광(P′)을 입사할 수 있도록 배치된다.
이러한 제1광측정부(120)는 포토 다이오드 등이 이용될 수 있으며, 광원부로부터 조사된 광에 대해 정반사각방향에서 측정 대상물(S)에 반사되어 산란된 반사산란광(P′)을 입사하여 이를 측정한다. 이때 측정된 광 측정치가 BF(Bright Field) 값이 된다.
그리고 측정 대상물(S)에 대해 수직된 위치에는 제2광측정부(120)가 반사산란광(P″)을 입사할 수 있도록 배치된다.
이러한 제2광측정부(130) 역시 포토 다이오드 등이 이용될 수 있으며, 측정대상물(S)에 대해 수직방향에서 측정 대상물(S)에 반사되어 산란된 반사산란광(P″)을 입사하여 이를 측정한다. 이때 측정된 광 측정치가 DF(Dark Field) 값이 된다.
한편, 도 2를 참조하면, 측정 대상물(S)과 제1광측정부(120) 사이에는 집광용 렌즈가 구비되며, 측정 대상물(S)과 제2광측정부(130) 사이에도 별개의 집광용 렌즈가 구비된 모습을 확인할 수 있다. 이는 각각의 방향에서 입사되는 반사산란광(P′, P″)을 집광시켜 보다 효율적으로 측정하기 위한 용도에서 마련된 것이다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치에는 연산처리부(150)가 더 포함된다.
연산처리부(150)는 상기 제1광측정부(120)를 통해 정반사각방향 반사산란광으로부터 측정된 BF 값과 상기 제2광측정부(130)를 통해 수직방향 반사산란광으로부터 측정된 DF 값을 나누어 산세시간 상관 데이터를 연산한다.
이어서, 본 발명인 잔류 스케일 측정 장치의 작용 효과에 관하여 설명한다.
통상 냉연, PFGL 등과 같이 산세공정이 있는 라인에서는 산세공정 후 산세가 완전히 이루어졌는지를 확인하는 작업이 요구된다.
그런데 현재까지도 이러한 작업은 작업자의 육안 관측에 오로지 의존하는 수준에 머무르고 있다. 그런데 이러한 경우, 산세 품질의 판단이 작업 숙련도에 따라 달라질 수 있으며, 작업자의 실수로 잘못된 판단을 내리게 될 수 있다. 이는 생산성의 저하는 물론, 이후 공정을 통해 제품 생산 시 심각한 표면결함, 도금불량 등의 문제를 초래하였다.
본 발명인 잔류 스케일 측정 장치의 경우, 도 1을 통해 살펴본 바와 같이 하나의 광원부(110)와, 두 개의 광측정부 즉, 제1, 2광측정부(120, 130)을 포함한다. 광원부(110)는 측정 대상물에 설정된 각도로 광을 조사하며, 제1광측정부(120)는 상기 조사된 광에 대해 정반사각에 해당되는 위치에 배치되며, 제2광측정부(130)는 측정 대상물(S)에 대해 수직한 방향으로 배치된다.
여기서, 제1광측정부(120)를 통해 측정되는 정반사각방향 반사산란광의 측정치를 BF 값이라 하고, 제2광측정부(130)를 통해 측정되는 수직방향 반사산란광의 측정치를 DF 값이라 한다.
이러한 BF 값 및 DF 값 각각은 측정 대상물의 잔류 스케일과 일정한 상관성을 가진다. 이는 도 5의 (a) 그래프를 통해 확인할 수 있다. 즉, 측정된 BF 값 및 DF 값은 잔류 스케일과 상관성이 있으므로, 산세 시간을 선정하는데 이용될 수 있다. 그러나 이러한 BF 값 및 DF 값 각각은 측정 대상물의 표면 반사도, 표면 거칠기에 의한 영향이 복합적으로 작용하기 때문에 그대로 이용하는 데에는 어려움이 있다.
따라서, 제1광측정부(120) 및 제2광측정부(130)에서 측정된 BF 값 및 DF 값은 별도의 연산처리를 통해 이들을 나누어 산출된 산세시간 상관 데이터 즉, BF/DF 값을 이용하여 잔류 스케일을 측정하는데 이용한다. 다시 말해서, BF/DF 값은 표면 색상, 표면 반사도 등에 대한 영향을 많이 상쇄시키기 때문에 잔류 스케일을 더욱 정확하게 정량적으로 측정하는데 이용될 수 있다. 그리고 이러한 BF/DF 값과 산세시간과의 상관 그래프는 도 5의 (b)를 통해 나타내었다.
즉, 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치를 이용할 경우, 측정 대상물의 반사도, 색상 등의 영향을 최소화시키며, 잔류 스케일을 보다 정확하게 정량적으로 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 장치의 적용 개념도이다. 도 3의 (a)는 평면도이며, 도 3의 (b)는 정면에서 바라본 일부 구성도이다.
도시된 경우는 잔류 스케일이 있는 강판이 측정 대상물(S)에 해당하는 예로서, 강판의 폭 방향을 따라 전술된 광원부(110), 제1광측정부(120), 제2광측정부(130)를 나란히 배치한다.
그리고 이러한 배치는 복수 개로 이루어져 강판의 폭 방향에 대해 전 구간 잔류 스케일을 측정할 수 있다.
이러한 구성을 통해 잔류 스케일을 온라인 상에서 실시간으로 측정할 수 있게 되어, 산세 시간을 최적화 함으로써 생산속도를 향상시키고 생산효율을 극대화시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 스케일 측정 방법에 관하여 도 4의 순서도를 참조하여 살펴보기로 한다.
측정 대상물에 광 조사 단계(S100)
본 단계는 측정 대상물에 광을 조사하는 단계이다. 먼저, 측정 대상물과 광원부 사이의 각도를 설정하고, 설정된 각도에서 광원부의 위치 설정을 완료한다.
이때 광원부로부터 조사되는 광은 외부 영향을 감소하기 위하여 광 출력을 변조하여 사용할 수 있다. 그리고 이때 광원부의 경우 단색의 레이저를 이용하기 보다는 다수 파장을 포함하는 발광다이오드 또는 백색광원을 이용하는 것이 좋다.
2개의 반사산란광 측정을 통해 BF/DF 산출 단계 (S200)
본 단계는 앞서 조사된 광이 측정 대상물에 반사되어 산란된 광, 즉 반사산란광을 2개의 위치에서 측정하는 단계이다.
즉, 정반사각방향에서 반사산란광을 측정하는 단계(S210)와 측정 대상물의 수직방향에서 반사산란광을 측정하는 단계(S220)를 포함한다. 이때, 정반사각방향에서 측정된 반사산란광의 측정치를 BF 값이라 하고, 측정 대상물의 수직방향에서 측정된 반사산란광의 측정치를 DF 값이라고 한다.
각각의 BF 값 및 DF 값이 획득되면, 이를 나누기 연산하여 측정 대상물의 색상 및 표면 반사도 등에 대한 영향이 많이 상쇄된 BF/DF 값을 산출한다. 그리고 이를 산세시간 상관 데이터로 이용한다. 여기서, BF/DF 값과 산세시간과의 상관 관계는 도 5의 (b)에 나타난 그래프를 통해 확인할 수 있다.
잔류 스케일 정량 분석(S200)
본 단계는 앞서 도출된 산세시간 상관 데이터, 즉 BF/DF 값을 이용하여 해당 측정 대상물의 잔류 스케일을 정량적으로 분석하고, 이를 통해 최적의 산세시간을 도출해 내는 단계이다.
이러한 단계가 온라인 상에서 실시간 수행되면서 강판의 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있으며, 나아가 산세시간을 최적화하여 생산속도 향상 및 생산효율 극대화를 도모할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 온라인 상에서 측정대상물의 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있다. 특히, 측정 대상물의 반사도 및 색상의 영향을 저감하여 광학적 방식으로 잔류 스케일을 측정할 수 있다.
또한, 잔류 스케일을 온라인 상에서 실시간으로 측정함으로써 산세에 걸리는 시간을 최적화하여 생산속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 작업자의 육안 관측에 의존하였던 종래의 방식의 탈피하여, 광학적으로 잔류 스케일을 정량적으로 측정할 수 있다. 그 결과, 작업자의 오판으로 인하여 산세공정이 잘 이루어지지 못하여 제품 상에 표면결함이나 도금불량 등의 문제가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이상으로 본 발명인 잔류 스케일 측정 장치 및 방법에 관하여 바람직한 실시예를 통해 구체적으로 살펴보았다.
전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S: 측정 대상물
100: 잔류 스케일 측정 장치
110: 광원부
120: 제1광측정부
130: 제2광측정부

Claims (7)

  1. 측정 대상물로 광을 조사하는 광원부;
    상기 광원부로부터 조사된 광의 정반사각방향 반사산란광을 입사하여 측정하는 제1광측정부; 및
    측정 대상물에 대해 수직한 방향에서, 상기 광원부로부터 조사된 광의 수직방향 반사산란광을 입사하여 측정하는 제2광측정부; 를 포함하는 잔류 스케일 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는,
    외부 영향을 감소하기 위해 광 출력을 변조하는 것을 특징으로 하는 잔류 스케일 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는,
    다수 파장을 포함하는 발광다이오드 또는 백색광원을 이용하는 것을 특징으로 하는 잔류 스케일 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정반사각방향 반사산란광(BF)의 측정치와 수직방향 반사산란광의 측정치를 나누어 산세시간 상관 데이터를 연산하는 연산처리부를 더 포함하는 잔류 스케일 측정 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원부, 제1광측정부 및 제2광측정부를 측정 대상물인 강판의 폭 방향을 따라 복수 개를 배치하는 것을 특징으로 하는 잔류 스케일 측정 장치.
  6. (a) 측정 대상물에 광을 조사하는 단계;
    (b) 정반사각방향에서 반사산란광을 측정하는 동시에 측정대상물에 대해 수직방향에서 반사산란광을 측정하여, 산세시간 상관 데이터를 연산하는 단계; 및
    (c) 잔류 스케일을 정량 분석하는 단계; 를 포함하는 잔류 스케일 측정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (b) 단계에서의 산세시간 상관 데이터는 상기 정반사각방향 반사산란광 측정치에 수직방향 반사산란광 측정치를 나눈 값인 것을 특징으로 하는 잔류 스케일 측정 방법.
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