KR20160067535A - 용접부 오검출 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접부 오검출 방지 장치에 관한 것으로서, 선행 코일의 후미와 후행 코일의 선두를 용접하여 용접부를 형성하는 용접 유닛; 및 상기 용접 유닛과 기 설정된 간격으로 이격되어 설치되는 마킹 유닛를 포함하며, 상기 마킹 유닛은 상기 용접부와 평행하게 마킹부를 형성한다. 이에 따라, 용접부로부터 소정의 거리 내에 위치하는 마킹부를 이용하여 용접부의 오검출을 원천적으로 방지할 수 있다.

Description

용접부 오검출 방지 장치{Apparatus and Method for preventing erroneous detection of welding part}

본 발명은 용접부 오검출 방지 장치 관한 것이다. 더욱 상세하게는 레이저를 통한 미세 마킹을 이용하여 용접부의 오검출을 방지하는 용접부 오검출 방지 장치에 관한 것이다.

제철소의 냉연공정에서는 강판의 연속 압연작업을 위해 압연 시작단계에서 단위 코일들을 용접하여 압연작업을 수행한다. 그리고, 해당 냉연공정의 끝 단계에서 다시 용접부를 절단하여 단위 코일들로 분리한 후 후속 냉연공정에 이송하거나 제품으로 출하한다. 따라서 해당 냉연공정에서는 설비의 자동제어, 출측에서의 용접부 절단 및 단위코일화를 위해 용접부의 위치 검출은 필수적인 요소이다.

통상적으로 제철소의 냉연공정에서 실시중인 종래의 용접부 검출장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 선행 코일(2a)와 후행 코일(2b)을 용접하여 형성한 강판(2)의 용접부(3)에 홀(hole)(4)을 천공하고 용접부 검출이 필요한 위치에서 강판(2)의 상부에서 광투사기(5)를 통해 빛을 조사하고, 하부에서는 광검출기(6)를 통해 천공 홀(4)을 통과한 빛을 검출하여 용접부(3)를 검출한다.

상술 된 바와 같이 용접부(3)의 검출을 위해 용접부(3) 부근에 용접부 검출용 홀(4)을 천공할 경우, 판재의 천공작업을 위해 생산라인이 일시적으로 정지하여야 하므로 홀(4)의 천공작업에 수반되는 핸들링 타임(handling time)이 증대된다.

또한, 천공 홀(4)의 원주 둘레에 불가피하게 형성되는 덧살(Burr)에 의해 판재 이송 및 압연용 롤 표면이 손상되고, 이로 인한 결함(이물마크) 발생 및 극박재의 경우 천공 홀에 의한 판파단 발생 등에 의해 생산성이 저하된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국등록특허 제10-1428057호(2014.08.01)인 '강판의 용접부 온라인 검출장치 및 방법'을 제안하였다.

상기 강판의 용접부 온라인 검출장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 용접부 검출용 레이저 빔을 미세 직선형 레이저 라인 스폿 형상으로 강판(2)에 조사함으로써 단위 검출기의 용접부 검출능(S/N 비;signal to noise ratio)을 향상시키고, 도 3에 도시된 바와 같이 강판 이송에 따라 용접부(3)가 레이저 스폿 입사위치를 통과할 때 강판이송 방향과 강판이송 반대방향으로 반사방향이 변경되는 빛을 포집하는 두 개의 광검출기 출력(7)을 이용하여 용접부(3)를 검출하는 방법을 제공한 바 있다.

이와 같은 미세 직선형 레이저 빔을 이용할 경우 강판(2) 폭 방향으로 직선형의 형상을 갖는 용접부(3)를 용이하게 검출할 수 있으며 강판(2) 표면에 존재하는 미세 결함에 의한 영향을 저감할 수 있는 장점이 있다.

한편, 용접부 검출기술의 현장 적용 시 발생할 수 있는 검출 에러는 미검출과 오검출의 두 가지 종류가 있다.

미검출의 경우 주로 용접부에 의한 검출 신호가 미약한 경우에 발생하며, 이와 같이 Ready 구간(용접부 기준 ±25m)에서 용접부에 대한 검출신호가 발생하지 않을 경우 라인 속도를 저감하여 수동으로 설비를 제어하므로 조업에 큰 영향을 미치지 않는다.

그러나 오검출, 즉 용접부(3) 이외의 강판(2) 부분을 용접부(3)로 오인하는 경우에는 정상적인 용접부 신호로 간주되어 요소설비의 셋업(set-up)치를 변경시킨다. 여기서, 오검출은 용접부(3)와 유사한 형상의 결함이 통과할 때 발생할 수 있다.

따라서, 오검출 에러의 경우 대응 수단이 없기 때문에, 경우에 따라 설비 손상 등의 심각한 문제가 발생할 수 있다. 예컨데, 냉연 생산라인에서 용접부(3)와 유사한 형상의 발생 빈도가 높지는 않지만 발생 시, 오검출에 의한 조업 영향도가 매우 크다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접부 근방에 마킹을 실시하여 용접부의 오검출을 원천적으로 방지할 수 있게 하는 용접부 오검출 방지 장치를 제공하는데에 있다.

상기 과제는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 선행 코일의 후미와 후행 코일의 선두를 용접하여 용접부를 형성하는 용접 유닛; 및 상기 용접 유닛과 기 설정된 간격으로 이격되어 설치되는 마킹 유닛를 포함하며, 상기 마킹 유닛은 상기 용접부와 평행하게 마킹부를 형성하는 것을 특징으로 하는 용접부 오검출 방지 장치에 의하여 달성된다.

그리고, 상기 용접부 형성과 동시에 상기 마킹부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접부 및 상기 용접부로부터 소정의 거리 내에 위치하는 상기 마킹부를 검출하는 검출 유닛을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 검출 유닛은, 상기 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발생부; 상기 레이저 빔의 단면 크기를 조절하는 레이저 빔 단면 조절부; 상기 레이저 빔을 집광하는 집광렌즈; 상기 레이저 빔이 반사된 레이저 반사광을 포집하는 포집렌즈; 및 상기 포집된 반사광의 반사도에 대응하는 전기적 신호로 변환하여 출력하는 광검출부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전기적 신호에 따라, 상기 용접부로부터 소정의 거리 내에 위치하는 상기 마킹부를 이용하여 상기 용접부를 확인하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 마킹 유닛은 상기 선행 코일 또는 상기 후행 코일 중 어느 하나에 레이저를 이용하여 식각함으로써 상기 마킹부를 형성할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 용접부 오검출 방지 장치는, 용접부로부터 소정의 거리 내에 위치하는 마킹부를 이용하여 용접부의 오검출을 원천적으로 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 천공 홀을 이용한 용접부 검출장치를 나타내는 개략도이고,
도 2는 용접부와 평행하게 조사되는 미세 직선형 레이저 빔을 나타내는 도면이고,
도 3은 미세 직선형 레이저의 용접부 통과시 반사각 변화를 통한 용접부의 검출 원리를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 용접부 오검출 방지 장치를 나타내는 도면이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 용접부 오검출 방지 장치에 의하여 용접부를 형성하는 과정을 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 용접부 오검출 방지 장치에 의하여 용접부와 마킹부가 형성된 강판을 나타내는 도면이고,
도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 용접부 오검출 방지 장치의 검출 유닛을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지게 된다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 4 내지 8을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 용접부 오검출 방지 장치(1)는 용접마킹 대차(100), 검출 유닛(200) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.

여기서, 용접마킹 대차(100)는 용접 유닛(110), 마킹 유닛(120), 롤러(130) 및 절단 유닛(140)을 포함할 수 있다. 그리고, 마킹 유닛(120)은 기 설정된 간격으로 용접 유닛(110)과 이격되어 설치될 수 있다. 좀 더 상세하게는 강판(2)의 진행방향 즉, 길이 방향으로 마킹 유닛(120)은 용접 유닛(110)과 이격되어 설치될 수 있다.

도 4 내지 도 7을 참조하여 살펴보면, 용접마킹 대차(100)의 하부에는 강판(2)의 폭 방향을 따라 이동할 수 있도록 레일(Rail, 10)이 설치될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 선행 코일(2a)과 후행 코일(2b)가 용접하고자 하는 기 설정된 위치에 도달하게 되면, 선행 코일(2a)의 미단과 후행 코일(2b)의 선단부는 클램프(20)에 의해 고정된다.

그리고, 용접마킹 대차(100)는 레일(10)을 따라 이동한 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 절단 유닛(140)을 이용하여 선행 코일(2a)의 미단과 후행 코일(2b)의 선단을 절단한다.

그 후, 용접마킹 대차(100)는 레일(10)을 따라 이동하면서, 선행 코일(2a)의 미단과 후행 코일(2b)의 선단부를 용접하여 강판(2)을 형성한다. 그에 따라, 강판(2)에는 용접부(3)가 형성된다.

이때, 마킹 유닛(120)은 강판(2)의 길이 방향으로 용접 유닛(110)에 대해 이격되어 설치되는바, 마킹 유닛(120)은 용접 유닛(110)의 용접과 동시에 강판(2)에 미세하게 마킹부(M)를 형성한다. 그에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 마킹부(M)는 용접부(3)와 평행하면서도 기 설정된 이격 간격(d) 만큼 이격되게 형성된다.

여기서, 마킹 유닛(120)은 용접 유닛(110)의 전방(강판(2)의 진행 방향을 기준으로 할 때의 방향)에 이격되어 설치되거나 후방에 설치될 수 있는바, 마킹부(M)는 선행 코일(2a) 또는 후행 코일(2b) 중 어느 하나에 형성될 수 있다.

이하, 도 8에 도시된 바와 같이, 용접부(3)의 후방에 형성된 마킹부(M)를 예로 하여 설명한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 마킹부(M)는 용접부(3)와 동시에 형성된 것을 그 예로 하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 용접부(3)가 형성된 후에 마킹부(M)가 형성될 수 있음은 물론이다.

한편, 마킹유닛(120)은 레이저를 이용하여 마킹부(M)를 미세하게 식각할 수 있다.

롤러(130)는 강판(2)을 사이에 두고 용접마킹 대차(100)가 이동할 수 있도록, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍이 설치될 수 있다.

롤러(130)는, 용접시, 용접마킹 대차(100)가 강판(2)의 폭 방향을 따라 용이하게 이동할 수 있게 안내하면서도, 강판이 유동하는 것을 방지할 수 있다.

검출 유닛(200)은, 강판(2)의 이동시, 강판(2)에 형성된 용접부(3)와 마킹부(M)를 검출할 수 있도록 강판(2)의 위쪽에 이격되어 설치될 수 있다.

검출 유닛(200)은 레이저빔 발생부(210), 레이저빔 단면 조절부(220), 집광렌즈(230), 포집렌즈(240) 및 광검출부(250)를 포함할 수 있다.

레이저빔 발생부(210)는 이송중인 강판(2)의 표면에 조사할 레이저 빔을 발생시킨다. 즉, 제어부(300)의 신호에 따라 레이저빔 발생부(210)는 반도체 레이저를 통해 레이저 빔을 방출함으로써 레이저 빔을 발생시킬 수 있다.

이때, 필요에 따라서는 레이저빔 단면 조절부(220)에 의해 레이저 빔의 단면의 크기를 조절할 수도 있다. 레이저 빔 단면 조절부(220)는 레이저빔 발생부(210) 및 집광부(230) 사이에 배치되어 레이저빔 발생부(210)에 의해 발생된 레이저 빔의 단면의 크기를 원하는 대로 연속적으로 조절할 수 있다.

집광렌즈(230)는 상기 레이저빔 단면 조절부(220)에 의해 단면 형상이 조절된 레이저 빔을 집광함으로써, 상기 레이저 빔이 이송중인 강판(2)의 표면에 조사되도록 한다.

따라서, 집광렌즈(230)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 라인이 형태로 조사되게 할 수 있다.

포집렌즈(240)는 강판(2)의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 포집한다. 포집렌즈(240)는 이송중인 강판(2)의 표면으로부터 산란되는 레이저 반사광을 포집하여 광검출부(250)으로 레이저 빔이 전달될 수 있도록 한다.

상기 광검출부(250)는 상기 포집렌즈(240)에 의해 포집된 레이저 반사광을 전달받아 상기 레이저 반사광의 반사도에 대응하는 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 즉, 바람직하게는 광검출부(250)는 레이저 반사광의 세기에 대응하여 소정의 전기적 신호를 출력한다. 광검출부(250)는 단일 광검출기(single detector) 또는 배열형 광검출기(array detector)가 적용될 수 있다. 이와 같이, 광검출부(250)에서 출력되는 반사도에 따른 전기적 신호는 제어부(300)로 전달된다.

즉, 강판(2)의 용접부(3)와 비용접부는 레이저 빔의 반사도가 다르기 때문에 강판(2)의 용접부(3)에서 레이저 반사광의 반사도의 변화가 발생하는바, 검출 유닛(200)은 강판(2)의 이송속도를 고려하여 극히 짧은 시간간격으로 각각의 레이저 빔을 강판(2)의 표면에 조사하고, 강판(2)의 표면에서 반사되는 각각의 레이저 빔의 반사광에 대한 세기를 연속적으로 검출한다.

여기서, 상기 레이저 반사광의 반사도는 이송중인 강판(2)의 표면에서 반사되는 레이저 반사광의 세기(intensity)를 나타내는 지수로서, 강판 자체의 반사도 또는 흡수도, 강판의 재질, 표면 거칠기, 표면 굴곡, 형상 등에 따라 다르게 나타난다.

제어부(300)는 상기 신호를 확인하여 용접부(3)와 마킹부(M)를 확인하고, 용접부가 오검출되는 것을 원천적으로 방지한다.

즉, 제어부(300)는 용접부(3)가 검출되고, 기 설정된 이격 거리(d) ±α 내에 마킹부(M)가 검출되지 않으면, 오검출로 판단한다. 여기서, α는 용접부(3) 및 마킹부(M)의 두께 등을 고려한 오차 수치이다.

따라서, 제어부(300)는, 상기 전기적 신호에 따라, 용접부(3)로부터 소정의 거리 내에 위치하는 마킹부(M)를 이용하여 용접부(3)를 확인한다.

종합해보면, 상술 된 구조로 이루어진 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 용접부 오검출 방지 장치(1)는 용접부(3) 및 소정의 거리 내에 위치하는 마킹부(M)를 검출하여 용접부(3)가 오검출되는 것을 미연에 방지한다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 용접부 오검출 방지 장치
2 : 강판 3 : 용접부
100 : 용접마킹 대차 110 : 용접 유닛
120 : 마킹 유닛 130 : 롤러
140 : 절단 유닛 200 : 검출 유닛
300 : 제어부
M : 마킹부

Claims (6)

1. 선행 코일의 후미와 후행 코일의 선두를 용접하여 용접부를 형성하는 용접 유닛; 및
   상기 용접 유닛과 기 설정된 간격으로 이격되어 설치되는 마킹 유닛를 포함하며,
   상기 마킹 유닛은 상기 용접부와 평행하게 마킹부를 형성하는 것을 특징으로 하는 용접부 오검출 방지 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용접부 형성과 동시에 상기 마킹부가 형성되는 것을 특징으로 하는 용접부 오검출 방지 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 용접부 및 상기 용접부로부터 소정의 거리 내에 위치하는 상기 마킹부를 검출하는 검출 유닛을 더 포함하는 용접부 오검출 방지 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 검출 유닛은,
   상기 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발생부;
   상기 레이저 빔의 단면 크기를 조절하는 레이저 빔 단면 조절부;
   상기 레이저 빔을 집광하는 집광렌즈;
   상기 레이저 빔이 반사된 레이저 반사광을 포집하는 포집렌즈; 및
   상기 포집된 반사광의 반사도에 대응하는 전기적 신호로 변환하여 출력하는 광검출부;를 포함하는 용접부 오검출 방지 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전기적 신호에 따라, 상기 용접부로부터 소정의 거리 내에 위치하는 상기 마킹부를 이용하여 상기 용접부를 확인하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 오검출 방지 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 마킹 유닛은 상기 선행 코일 또는 상기 후행 코일 중 어느 하나에 레이저를 이용하여 식각함으로써 상기 마킹부를 형성하는 것을 특징으로 하는 용접부 오검출 방지 장치.

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