KR20220129902A - 강판 폭 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 기반의 라이다 센서를 이용하여 구조가 간단하면서 주변 환경에 관계없이 강판의 폭을 정교하게 측정할 수 있는 강판 폭 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 강판 제조 공정에서 연속으로 생산되는 강판의 폭을 측정하는 강판 폭 측정 장치에 있어서, 강판의 양측면에 각각 배치되는 복수의 기준 프레임; 상기 강판의 상단에 설치되어 회전축을 회전시키는 회전모듈; 상기 회전모듈의 회전축에 결합하여 회전하는 미러; 상기 미러의 측면으로 레이저를 송출하고, 반사된 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 센서; 및 상기 라이다 센서의 거리 정보와 상기 회전모듈에 장착된 엔코더 정보를 이용하여 강판의 폭을 산정하는 처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강판 폭 측정 장치{Roll structure for magnetic sensor}

본 발명은 강판 폭 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라이다 센서를 이용한 강판 폭 측정 장치에 관한 것이다.

강판은 통상 열간압연 또는 냉간압연 방식으로 제조되며, 특히 다양한 수요자들의 요구에 대응하기 위하여 다양한 폭과 두께로 생단된다.

따라서 생산 중인 강판의 폭은 매우 중요한 품질 인자 중 하나에 해당되어 정확한 측정이 필요하다.

강판의 폭을 측정하는 종래 방식은 이송하는 강판 하부 좌, 우측에 발광부를 배치시키고, 상기 발광부에서 강판으로 적외선을 주사하고, 상기 강판의 상부 좌, 우측에 위치한 수광부는 상기 강판이 존재하지 않는 영역으로 주사된 적외선만을 감지하여 강판의 폭을 검출하는 구성이다.

그러나, 상기 방식은 강판 압연시 분사되는 압연유와 압연유 때문에 발생되는 흄에 의해 강판 하부에 위치한 발광부 표면이 오염되어 정상적인 적외선 발산이 어려워 정확한 강판 폭 측정이 어려운 문제점이 있다.

또한 공개특허 제2005-0062138호가 제안된 바 있다. 상기 특허는 ㄷ자형 프레임과, 상기 프레임의 하부에서 상부로 소정의 폭으로 빛을 조사하는 광원과, 상기 광원으로부터 빛을 검출하도록 상기 프레임의 상부에 가로로 일렬로 순서대로 설치된 제1 내지 제4 카메라와, 상기 광원 및 카메라 사이로 강판이 진입하기 이전에, 상기 카메라에 검출되는 빛의 조도를 사전 설정된 설정조도와 비교하여 그 차이에 따라 상기 카메라의 조리개를 조정하는 조도보정부와, 상기 광원 및 카메라의 사이로 강판이 진입하면, 상기 카메라 각각에서 검출되는 빛을 이용하여 카메라의 위치 및 상기 강판의 위치에 대한 복수개의 좌표를 결정하고, 상기 결정된 복수개의 좌표에 따라 강판의 폭을 연산하는 연산부를 포함하는 구성이다.

상기 특허는 복수의 광원과 복수의 카메라를 이용하여 강판의 폭을 측정하는 것을 특징으로 하여 높은 정밀도로 강판의 폭을 측정할 수 있는 장점이 있으나, 전체 구조와 화상 처리가 복잡하고, 또한 강판 제조 공정의 열악한 환경 특성에 따라 오랜 시간 사용 시 카메라 표면과 광원 표면에서 오염이 발생되어 강판 폭 측정에 어려움이 발생되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 기반의 라이다 센서를 이용하여 구조가 간단하면서 주변 환경에 관계없이 강판의 폭을 정교하게 측정할 수 있는 강판 폭 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 강판 제조 공정에서 연속으로 생산되는 강판의 폭을 측정하는 강판 폭 측정 장치에 있어서, 강판의 양측면에 각각 배치되는 복수의 기준 프레임; 상기 강판의 상단에 설치되어 회전축을 회전시키는 회전모듈; 상기 회전모듈의 회전축에 결합하여 회전하는 미러; 상기 미러의 측면으로 레이저를 송출하고, 반사된 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 센서; 및 상기 라이다 센서의 거리 정보와 상기 회전모듈에 장착된 엔코더 정보를 이용하여 강판의 폭을 산정하는 처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 머러는 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기준 프레임과 기준 프레임 사이의 거리는 사전에 측정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 회전모듈의 회전축과 상기 강판 사이의 수직 거리는 사전에 측정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 라이다 센서에서 측정되는 거리는 강판의 시작 지점 A와 강판의 완료 지점 B와 회전축이 위치하는 지점 C를 상기 처리장치가 상기 라이다 센서에서 측정되는 거리 그래프를 통하여 판단하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 처리장치는 상기 A지점과 C지점 사이에서 상기 회전모듈의 엔코더에서 생성되는 펄스 수와 상기 C지점과 상기 B지점 사이에서 상기 회전모듈의 엔코더에서 생성되는 펄스 수를 산정하고, 상기 2가지의 펄스 수와 회전모듈의 회전축과 강판 사이의 수직 거리를 이용하여 강판의 폭을 산정하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 처리장치는 상기 회전모듈의 엔코더에서 생성되는 펄스를 체배기를 이용하여 증가시키고, 증가된 펄스수를 이용하여 강판의 폭을 산정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기준 프레임의 상단은 상기 강판의 상단과 일치시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 회전모듈의 회전축은 상기 기준 프레임과 기준 프레임 사이 거리의 중앙에 배치되는 것을 특징을 한다.

바람직하게는, 상기 회전모듈은 2개이고, 각각의 회전모듈은 미러와 라이다 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강판 폭 측정 장치는 이송되는 강판 측면에 설치되는 기준 프레임, 미러, 상기 미러를 회전시키는 회전모듈, 상기 미러에 레어저를 조사하고 반사된 레이저로 거리를 측정하는 라이다 센서, 상기 라이다 센서와 상기 회전모듈의 회전 각도를 기초로 강판의 폭을 산정하는 처리 장치를 포함하여 구성되어, 구조가 간단하여 설치가 편리하고, 레이저를 기반으로 거리를 감지하여 주변 환경의 영향이 최소화되고, 또한 낮은 비용으로 제조가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강판 폭 측정 장치의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 미러의 실시예들이며,
도 3은 도 1을 통하여 획득되는 거리신호를 나타낸 구성도이며,
도 4는 도 1의 다른 실시예이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 강판 폭 측정 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 이송하는 강판(1), 상기 강판(1) 양 측면에 설치되는 기준 프레임(10), 상기 강판(1) 상단에 배치되는 회전모듈(20), 상기 회전모듈(20)의 회전축에 장착되어 회전하는 미러(30), 상기 미러(30)로 레이저를 주사하고, 반사된 레이저를 감지하여 거리를 측정하는 라이다 센서(40) 및 상기 라이다 센서(40)에서 획득되는 정보와 상기 회전모듈(20)의 회전 각도를 이용하여 강판(1)의 폭을 계산하는 처리모듈(90)을 포함하여 구성된다.

상기 강판(1)은 단면 방향으로 이송하며, 하단 또는 상단에 상기 강판(1)을 이송하고 지지하는 복수의 롤들이 설치되나, 본 발명에 따른 강판 폭 측정 장치(100)는 롤과 롤 사이에 설치하는 것이 바람직하나, 강판(1) 진동 등을 고려하는 경우에는 롤 상단에 설치할 수 있다.

한편, 기준 프레임(10)은 강판(1) 폭 측정을 위한 기준 역할을 하는 것으로, 상기 강판(1)의 양측면과 일정 거리 이격된 지점에 설치하는 것이 바람직하다.

또한 상기 기준 프레임(10)과 기준 프레임(10) 사이의 거리와 상기 미러(30)와 기준 프레임(10) 사이의 거리 등은 사전에 측정되어 본 발명에 따른 강판 폭 측정 장치(100)에 입력된다.

또한 상기 기준 프레임(10)의 형상을 인식하기 쉬운 직사각형 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전모듈(20)은 상기 강판(1) 상면에 배치 고정되는 구성으로 상기 기준 프레임(10)과 기준 프레임(10) 사이 거리의 중심에 설치되는 것이 바람직하며, 필요한 경우 별도의 프레임 부재를 설치하여 상기 회전모듈(20)을 고정한다.

또한 상기 회전모듈(20)은 별도의 구동 모터에 의하여 사전에 정의된 속도로 회전하는 회전축(21)을 포함하고, 그리고 상기 회전축(21)의 회전 각도와 관련된 신호를 출력하는 엔코더를 더 포함한다.

즉, 별도의 전원을 인가하면 상기 회전모듈(20)의 회전축(21)이 회전하고, 상기 회전축(21)의 각도 변화에 따른 펄스 신호를 엔코더에서 출력한다.

상기 회전축(21)에는 미러(30)가 장착되어 상기 회전축(21)의 회전에 따라 회전한다.

상기 미러(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 양면이 거울로 구성된 양면형, 3면이 거울로 구성된 삼각형, 4면이 거울로 구성된 사각형, 5면이 거울로 구성된 오각형, 6면이 거울로 구성된 육각형 등으로 구성될 수 있으며, 추가하여 6각형 이상의 구성도 구현할 수 있다.

양면인 경우에는 스캔 범위가 180도이고, 3면인 경우에는 120도 4면인 경우네는 90도, 5면인 경우 72도이소 6면인 경우 60도 범위를 가지므로, 설치 높이를 고려하는 경우, 4면 이상의 미러를 선택하는 것이 바람직하다.

그리고, 거울의 면수가 증가할 수록 스캔 속도가 빨라지는 장점이 있으나, 3각형 이상부터는 회전축(21)의 회전각에 따라 레이저 반사 점의 위치가 변화되나, 변화량에 강판(1)의 전체 폭에 비하여 변화 폭이 미미하여 무시할 수 있으나, 필요한 경우 미러(30)와 기준 프레임(10) 사이의 거리를 적절한 보정하는 형태로 처리할 수 있다.

즉, 양면형의 경우에는 회전축(21)의 중심에서 기준 프레임(10)의 거리를 레이저의 이동 경로로 설정할 수 있으나, 3각면 이상에서는 레이저 반사 지점과 회전축(21)의 원점은 미러(30) 크기에 따른 차이가 발생하므로, 사전에 처이를 측정하여 상기와 같이 보정할 수 있다.

상기 회전축(21)의 회전속도는 육각형 미러(30)를 기준으로 100 내지 150rpm으로 구동하는 것이 일반적인 생산되는 냉연 강판(1)의 생산 속도와 폭에 적절하다. 물론 6각형 미만인 경우에는 상기 회전속도를 각형에 따라 산술적으로 변경시켜 구동한다.

예를 들면, 양면형인 경우에는 3배 증가시킨 300 내지 450rpm로 상기 회전축(21)을 구동하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 라이다 센서(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 미러(30)로 레이저로 조사하고, 다시 반사된 레이저를 감지하여 거리를 측정하는 센서로 상기 미러(30)에 간섭없이 레이저를 조사할 수 있는 주변 위치에 설치된다.

그리고 상기 라이다 센서(40)는 내부적으로 레이저를 조사하는 구성과 반사된 레이저를 감지하여 속도를 산정하는 구성과 산정된 속도값을 출력하는 구성을 포함한다. 즉, 상기 라이다 센서(40)는 레이저를 이용하여 감지되는 거리를 지속적으로 출력하는 역할을 한다.

한편, 상기 처리모듈(90)은 상기 라이다 센서(40)에서 출력되는 신호와 상기 회전모듈(20)에서 출력되는 회전각도 신호를 기초로 강판(1)의 폭을 산정하는 역할을 하는 것으로, 단일 컴퓨터 또는 복수의 컴퓨터 시스템이 서로 연결된 형태로 구현된다.

또한 필요한 경우, 강판(1)의 폭과 상기 회전모듈(20)의 출력값과 라이다 센서(40)의 출력값을 화면으로 출력하는 디스플레이부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 관리자가 처리모듈(90)의 기능 설정 또는 장치 조정을 위한 별도의 관리 시스템을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 기준 프레임(10)의 높이와 강판(1)의 높이는 동일한 평면에 위치하도록 배치되고, 미러(10)는 육각형으로 설정하는 하고, 상기 미러(10)가 설치되는 회전축(21)의 중심은 기준 프레임(10) 사이의 정중앙에 위치하는 경우, 상기 처리모듈(90)은 다음과 같은 방식으로 강판(1)의 폭을 산정한다.

상기한 바와같이, 상기 회전모듈(20)의 회전축(21)의 중심은 기준 프레임(10)과 기준 프레임(10) 사이 거리의 중앙에 배치시킨다.

한번의 스캔 시 적어도 기준 프레임(10) 사이가 완전히 스캔되도록 상기 회전모듈(20)의 높이를 설정하고, 이때 높이를 사전에 측정한다.

따라서, 상기 회전모듈(20)의 회전축(21)이 60도 회전하는 경우, 한번의 강판(1) 스캔이 완료된다.

상기와 같은 조건에서 전체 장치의 구조와 라이다 신호 그리고 회전모듈(20)의 엔코더 신호는 도 3과 같다.

상기 라이다 신호는 기준 프레임(10)의 외곽에서는 별도의 감지 신호가 없다가, 기준 프레임(10) 상단에서는 서서히 감소한다.

그리고 상기 기준 프레임(10)과 강판(1) 사이에는 갑자기 거리가 증가한 후, 강판(1)의 끝단 지점(A)에서는 갑자기 거리가 감소하고, 이후 서서히 거리가 줄어드는 경향으로 나타낸다. 이후 중앙부 이후에는 반대로 출력되어 서로 대칭형의 형태를 나타내며, 강판(1)의 다른 끝단 지점(B)를 포함한다.

그리고 엔코더 신호는 상기 라이다 신호과 연동되어 출력되며, 예를 들어 한회전에 3600펄스가 생성되는 경우, 육각형 미러(30)의 경우에는 600펄스가 하나의 스캔 주기에서 생성된다. 도 3의 하단에 한번의 스캔(육각 미러에서 60도)에서 모든 펄스를 도시한 엔코더 펄스 신호의 예이다.

이때 하나의 펄스 주기에서 각도는 60/600=0.1도를 나타낸다.

또한 회전축(21)이 위치 지점(C)는 시작부터 300펄스 지점으로, 기준 프레임(10)의 중앙에 위치하고, 이때 강판(1)과 회전축(21)의 높이는 사전에 설정된 값 L이다.

상기 처리장치(90)는 상기 A지점에서 C지점 사이의 펄스 수를 카운트(N1) 하여 각도 a1을 N1×0.1도로 계산한다.

또한 C지점과 B지점 사이의 펄스 수를 카운트(N2)하여 N2×0.1도의 계산을 통하여 a2를 계산한다.

그리고 최종적으로 강판(1)의 폭 d= (tan(a1)+tan(a2))×L를 계산한다.

상기 방식은 회전축(21)이 기준 프레임(10) 사이 정중앙에 배치되는 구조에 의한 방식이다.

한편, 회전축(21)이 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 C점은 상기 라이다 신호에서 찾을 수 있다. 즉, 강판(1) 위치에서 거리가 점점 줄어들다 나시 늘어나기 시작하는 지점이 상기 C점이므로 신호의 기울기가 -에서 +변하는 지점을 C로 설정하고 해당 펄스 수를 카운트하는 방식으로도 구현할 수 있다.

여기서 C지점 설정은 여러번의 스캔된 값의 누적 평균을 이용하는 경우 정확한 위치를 산정할 수 있다.

즉, 초기 동작 시 상기 C지점을 위치를 파악하는 동작을 사전에 일정한 시간을 수행하는 형태로 구현할 수 있으며, 상기 동작은 장치의 설치 상태에 따라 설정할 수 있다.

또한, 상기 엔코드 신호는 주파수 체배기를 이용하여 펄스 수를 증분시킬 수 있다. 2배 내지 20배 범위에서 증분시켜, a1 및 a2의 분해능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 강판 폭 측정 장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 강판(1) 상단에 서로 대칭형으로 배치되는 2개의 회전모듈(20)과 미러(30) 그리고 각 미러(30)에 레이저를 주사하여 거리를 감지하는 2개의 라이다 센서(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 구성은 강판(1)의 절반에 대하여 각각 길이를 감지하므로, 높은 정밀도를 얻을 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 회전축(21)의 위치는 초기 설치 위치에서 오랜 시간 사용하는 경우 5mm 내외로 정도로 이동하는 경우가 발생한다. 이때는 정기적인 검사를 통하여 정확한 위치를 특정하는 형태로 교정할 수 있으나, 실제 5mm정도의 이동은 회전축(21)과 강판(1)의 끝단 사이의 각도에 영향이 미미하여 별도의 보정없이 측정된 강폭 역시 현실적인 정도를 가진다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 강판 폭 측정 장치를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1: 강판 10: 기준 프레임
20: 회전모듈 21: 회전축
30: 미러 40: 라이다 센서
90: 처리모듈 100: 강판 폭 측정 장치

Claims (10)

1. 강판 제조 공정에서 연속으로 생산되는 강판의 폭을 측정하는 강판 폭 측정 장치에 있어서,
   강판의 양측면에 각각 배치되는 복수의 기준 프레임;
   상기 강판의 상단에 설치되어 회전축을 회전시키는 회전모듈;
   상기 회전모듈의 회전축에 결합하여 회전하는 미러;
   상기 미러의 측면으로 레이저를 송출하고, 반사된 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 센서; 및
   상기 라이다 센서의 거리 정보와 상기 회전모듈에 장착된 엔코더 정보를 이용하여 강판의 폭을 산정하는 처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 머러는 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 기준 프레임과 기준 프레임 사이의 거리는 사전에 측정되는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 회전모듈의 회전축과 상기 강판 사이의 수직 거리는 사전에 측정되는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 라이다 센서에서 측정되는 거리는 강판의 시작 지점 A와 강판의 완료 지점 B와 회전축이 위치하는 지점 C를 상기 처리장치가 상기 라이다 센서에서 측정되는 거리 그래프를 통하여 판단하는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 처리장치는 상기 A지점과 C지점 사이에서 상기 회전모듈의 엔코더에서 생성되는 펄스 수와 상기 C지점과 상기 B지점 사이에서 상기 회전모듈의 엔코더에서 생성되는 펄스 수를 산정하고, 상기 2가지의 펄스 수와 회전모듈의 회전축과 강판 사이의 수직 거리를 이용하여 강판의 폭을 산정하는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 처리장치는 상기 회전모듈의 엔코더에서 생성되는 펄스를 체배기를 이용하여 증가시키고, 증가된 펄스수를 이용하여 강판의 폭을 산정하는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서, 상기 기준 프레임의 상단은 상기 강판의 상단과 일치시키는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 회전모듈의 회전축은 상기 기준 프레임과 기준 프레임 사이 거리의 중앙에 배치되는 것을 특징을 하는 강판 폭 측정 장치.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 회전모듈은 2개이고, 각각의 회전모듈은 미러와 라이다 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 폭 측정 장치.
    

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