KR20240030614A - 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특정 지점에서 스트립(Strip)의 표면까지의 거리를 측정하는 거리측정단계; 상기 거리측정단계에서 측정된 측정데이터에서 이송진동성분을 제거하는 1차보정단계; 상기 1차보정단계에서 보정된 1차보정데이터에서 미세진동성분을 제거하는 2차보정단계; 및 상기 2차보정단계에서 보정된 2차보정데이터로부터 해당 스트립의 원형상을 추정하는 스트립형상추정단계;를 포함하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법과, 이송장치의 일측에 구성되어, 이송장치에 의해 이송되는 스트립(Strip)의 표면까지의 거리를 측정하는 측정부; 상기 측정부에서 측정된 측정데이터의 이송진동성분 및 미세진동성분을 제거하여 해당 스트립의 원영상을 추정하는 형상추정부; 및 상기 형상추정부에서 추정된 스트립의 원형상에 기초하여 해당 스트립의 평탄도를 산출하는 평탄도산출부;를 포함하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스트립(Strip) 제조 공정에서 이송 중인 스트립의 평탄도를 비접촉식으로 측정할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 하나의 레이저센서를 이용하여 측정된 데이터에서, 이송 중 발생하는 이송진동성분과 더불어, 설비의 고유진동에 의한 미세진동성분을 효율적으로 제거함으로써, 스트립의 평탄도 측정에 대한 정확도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기기의 설치 및 운용에 따른 비용을 최소화 할 수 있는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
압연공정을 통해 제조되는 스트립(Strip)은 스트립밀에서 연속 압연한 박판을 장척인 채로 코일로 말아 놓은 것을 말하는 것으로, 열간압연을 하여 제조되는 것을 열연광폭강대(핫 스트립 코일), 열간압연 후 냉간압연을 하여 제조되는 것을 냉연광폭강대(콜드 스트립 코일)라고 한다. 이때, 그 폭이 600mm이상인 경우를 광폭강대라고 하며, 600mm이하인 경우에는 후프(Hoop)라고 한다.
이러한 스트립은, 주로 열간압연공정을 통해 큰 압감을 한 후, 냉간압연공정을 통해 다듬는 과정을 통해 제조된다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 압연공정의 기본이 되는 열간압연공정은 연속 주조에 의하여 제조한 압연재를, 가열로에 장입하여 고온으로 재가열한 후 조압연, 중간압연, 사상압연 등의 과정을 거쳐 최종 압연 제품(스트립 코일)을 생산하게 된다.
그리고, 압연공정으로 제조된 스트립은 평탄도를 측정하는 품질 검사를 거치게 된다. 여기서, 스트립의 평탄도는 기준면에 대한 표면 굴곡도를 의미하며, 굴곡도를 측정하기 위해 접촉식 또는 비접촉식 변위측정 센서를 사용할 수 있다.
다만 압연공정, 특히 열간압연공정 후 스트립은 고온의 상태이므로, 측정 신속성을 고려하여 비접촉식 방식을 사용하는 것이 바람직하며, 비접촉식 방식은 주로 광학식 측정방식이 사용될 수 있다.
이러한 광학식 측정방식은, 비접촉 연속발진 레이저를 스트립의 상면에 조사한 후, 광 삼각법을 이용하여 스트립 표면의 굴곡에 따른 반사각도의 변화를 CCD센서(카메라) 등으로 검출하고 측정신호를 처리함으로써 평판도를 측정하는 원리이다.
그러나, 광학식 측정 방식은 스트립의 이송 중 발생하는 진동에 의해 스트립의 높이에 변화가 발생하고, 이로 인해 스트립의 진동에 따른 오차가 발생하게 되는 문제점이 있는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 2개 이상의 레이저를 이용하여 중첩부위를 측정하고, 측정된 데이터를 이용하여 기울기(미분값)을 산출한 후, 이를 다시 적분하는 방식으로 스트립의 외형을 산출하게 되면, 진동에 의한 오차를 최소화하여 보다 정확한 스트립의 형상을 측정할 수 있었다.
다시 말해, 이송 중인 스트립이 진동하더라도 특정 시점에서 두 지점에 대하여 동시에 계측된 측정값을 이용하여, 해당 두 지점 사이의 스트립의 외형을 산출하므로, 보다 정확한 평탄도 측정이 가능하도록 할 수 있었다.
다만, 이러한 방식은 레이저센서 및 이와 관련된 구성들이 복수 개가 필요하므로, 비용증가가 필연적으로 수반되며, 각 레이저센서에서 측정된 데이터들에 대해 연산처리과정을 거쳐야 하므로, 전체적인 데이터의 연산량이 증가한다는 단점이 있었다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-1215828호 '강판의 평탄도 측정장치'(이하 '선행기술'이라 한다)는, 다수 개의 레이저다이오드를 구성하고, 각 레이저다이오드에 대응하여 아이솔레이터, 커런트드라이버, MCU, 온도센서 등의 구성들이 구성되므로, 레이저다이오드의 개수가 증가되는 만큼 비용이나 데이터의 연산량이 증가되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 스트립(Strip) 제조 공정에서 이송 중인 스트립의 평탄도를 비접촉식으로 측정할 수 있는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 하나의 레이저센서를 이용하여 측정된 데이터에서, 이송 중 발생하는 이송진동성분과 더불어, 설비의 고유진동에 의한 미세진동성분을 효율적으로 제거함으로써, 스트립의 평탄도 측정에 대한 정확도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기기의 설치 및 운용에 따른 비용을 최소화 할 수 있는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 대상 스트립의 표면 전체를 측정한 데이터가 아니라, 표면의 특정 지점(예를 들어 Center, DS, WS 등)에서 측정된 데이터에 포함된 진동성분을 제거한 후의 보정데이터를 확인하는 것만으로, 해당 스트립이 정상적인 스트립인지 비정상적인 스트립인지를 쉽게 판단할 수 있는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법은, 특정 지점에서 스트립(Strip)의 표면까지의 거리를 측정하는 거리측정단계; 상기 거리측정단계에서 측정된 측정데이터에서 이송진동성분을 제거하는 1차보정단계; 상기 1차보정단계에서 보정된 1차보정데이터에서 미세진동성분을 제거하는 2차보정단계; 및 상기 2차보정단계에서 보정된 2차보정데이터로부터 해당 스트립의 원형상을 추정하는 스트립형상추정단계;를 포함한다.
또한, 상기 2차보정단계는, 상기 1차보정데이터에 스트립형상데이터를 적용하여 미세진동성분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 거리측정단계에서, 측정위치는 일측방향에서부터 순차적으로 설정되고, 상기 2차보정단계는, 최초 위치의 스트립형상데이터는 최초 위치의 1차보정데이터로 하고, 특정 위치의 스트립형상데이터는, 해당 위치의 1차보정데이터에서 이전 위치의 스트립형상데이터를 일정비율로 반영하여 산출할 수 있다.
또한, 상기 거리측정단계는, 하나의 라인레이저를 이용하여 상기 스트립의 폭방향으로 라인형태의 레이저광을 출력하고, 광 삼각법으로 해당 스트립에서 폭방향을 따라 위치하는 지점들에 대한 거리를 측정할 수 있다.
또한, 상기 1차보정단계는, 상기 측정데이터의 추세선을 산출하는 추세선산출단계; 및 가상의 정반을 기준으로 상기 추세선을 보정하는 추세선보정단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 추세선산출단계는, 상기 측정데이터들과의 최단거리를 제곱하여 더한 값이 최소가 되는 직선을 추세선으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 추세선산출단계는, 상기 측정데이터들에 대하여, LMS(Least Mean Squares) 기법을 적용하여 추세선을 산출할 수 있다.
또한, 상기 추세선보정단계는, 상기 측정데이터에서 추세선의 기울기 및 평균 중 적어도 하나를 보정하여, 상기 측정데이터의 추세선을 가상의 정반에 매칭할 수 있다.
또한, 상기 추세선보정단계는, Detrend 기법을 적용하여 측정데이터의 평균값이 0에 수렴하도록 추세선을 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템은, 이송장치의 일측에 구성되어, 이송장치에 의해 이송되는 스트립(Strip)의 표면까지의 거리를 측정하는 측정부; 상기 측정부에서 측정된 측정데이터의 이송진동성분 및 미세진동성분을 제거하여 해당 스트립의 원영상을 추정하는 형상추정부; 및 상기 형상추정부에서 추정된 스트립의 원형상에 기초하여 해당 스트립의 평탄도를 산출하는 평탄도산출부;를 포함한다.
또한, 상기 측정부는, 상기 스트립의 폭방향을 따라 라인형태로 레이저광을 출력하는 하나의 라인레이저; 상기 라인레이저에서 출력되어 스트립의 표면에서 반사된 레이저광을 수신하는 광수신모듈; 및 상기 광수신모듈로 수신된 레이저광의 수신위치에 따라 스트립의 표면까지의 거리를 산출하는 거리산출부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 형상추정부는, 상기 측정부에서 측정된 측정데이터에서 이송진동성분을 제거하는 1차보정을 수행한 후, 1차적으로 보정된 1차보정데이터에서 미세진동성분을 더 제거하는 2차보정을 수행하여, 해당 스트립의 원영상을 추정할 수 있다.
또한, 상기 형상추정부는, 상기 1차보정데이터에 스트립형상데이터를 적용하여 미세진동성분을 제거하여 2차보정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 측정부는 측정위치를 일측방향에서부터 순차적으로 설정하여 측정하고, 상기 형상추정부는, 최초 위치의 스트립형상데이터는 최초 위치의 1차보정데이터로 하고, 특정 위치의 스트립형상데이터는, 해당 위치의 1차보정데이터에서 이전 위치의 스트립형상데이터를 일정비율로 반영하여 산출할 수 있다.
또한, 상기 형상추정부는, LMS(Least Mean Squares) 기법을 적용하여 측정데이터의 추세선을 산출하고, Detrend 기법을 적용하여 추세선이 가상의 정반에 수렴하도록 보정하여 1차보정을 수행할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 스트립(Strip) 제조 공정에서 이송 중인 스트립의 평탄도를 비접촉식으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 하나의 레이저센서를 이용하여 측정된 데이터에서, 이송 중 발생하는 이송진동성분과 더불어, 설비의 고유진동에 의한 미세진동성분을 효율적으로 제거함으로써, 스트립의 평탄도 측정에 대한 정확도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기기의 설치 및 운용에 따른 비용을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 레이저센서에 의해 측정된 데이터만을 연산처리하여 진동성부을 제거함으로써, 데이터의 연산량을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 이송되는 스트립에 대한 실시간 평탄도 측정이 가능하도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 대상 스트립의 표면 전체를 측정한 데이터가 아니라, 표면의 특정 지점(예를 들어 Center, DS, WS 등)에서 측정된 데이터에 포함된 진동성분을 제거한 후의 보정데이터를 확인하는 것만으로, 해당 스트립이 정상적인 스트립인지 비정상적인 스트립인지를 쉽게 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 스트립의 이송 중 발생하는 진동에 의한 오차와 더불어, 설비 자체에서 발생되는 진동에 의한 오차를 효과적으로 제거하여 스트립의 외형에 대한 정확한 측정값과 스트립의 정상여부에 대한 판단결과를 제공함으로써, 스트립의 제조공정 및 품질관리가 쉽고 정확하게 이루어지며, 이를 통해 제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
따라서, 스트립 제조 분야 및 스트립 제조 공정 분야, 스트립 평탄도 측정분야, 특히 이송되는 스트립의 평탄도 측정 분야, 비접촉식 평탄도 측정 분야, 단일 레이저센서를 이용한 스트립 평탄도 측정 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 단계 'S100'을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 단계 'S200'을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 단계 'S200'에 대한 구체적인 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 4의 단계 'S210' 및 단계 'S220'을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 다른 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 7 및 도 8은 도 1에 의해 측정 및 보정된 데이터를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 의한 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 단계 'S100'을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 단계 'S200'을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 단계 'S200'에 대한 구체적인 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 4의 단계 'S210' 및 단계 'S220'을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 다른 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 7 및 도 8은 도 1에 의해 측정 및 보정된 데이터를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 의한 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법 및 시스템에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 이송 강판의 평탄도 측정 방법 및 시스템은, 스트립(Strip) 코일을 생산하는 공장 내의 서버/클라이언트 시스템에서 운용이 가능하며, 해당 방법을 실행하는 구성으로는 데스크탑(Desktop), 워크스테이션(Workstation) 또는 서버(Server)와 같은 고정식 컴퓨팅 장치 중 어느 하나가 될 수 있으며, 이 외에도 스마트폰(Smart phone), 랩탑(Laptaop), 태블릿(Tablet), 패블릿(Phablet), 휴대용 멀티미디어 재생장치(Portable Multimedia Player, PMP), 개인용 휴대 단말기(Personal Digital Assistants, PDA) 또는 전자책 단말기(E-book reader)과 같은 이동식 컴퓨팅 장치 중 어느 하나가 될 수도 있다.
또한, 본 발명의 이송 강판의 평탄도 측정 방법 및 시스템은, 공장 내의 서버/클라인언트 시스템에서 서버 또는 클라이언트 중 적어도 하나의 구성에서 실행될 수 있으며, 적어도 두 개의 구성이 연동하면서 해당 방법에 의한 프로세스를 운용방식에 따라 분할하여 분산실행할 수 있다. 이때, 클라이언트는 사용자(작업자)가 사용하는 사용자단말기는 물론 서버를 제외한 관리자단말기를 포함할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명을 설명하는 과정에서 사용되는 기술적 용어는, 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 함은 당연하다.
또한, 본 발명을 설명하면서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥 상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명을 설명하면서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, '구성된다' 또는 '가지다' 등의 용어는 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성 요소들은 해당 용어들에 의해 한정되어서는 안 되며, 해당 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용됨은 당연하다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 수 있다.
또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상은 첨부된 도면 외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법은 거리측정단계(S100), 1차보정단계(S200), 2차보정단계(S300) 및 스트립형상추정단계(S400)를 포함한다.
거리측정단계(S100)는 특정 지점, 예를 들어 스트립(Strip)의 표면에서 상부방향으로 일정거리 이격된 지점에서, 스트립의 표면(상부면)까지의 거리를 측정하는 과정으로, 레이저센서를 이용하여 측정하게 된다.
예를 들어, 거리측정단계(S100)는 하나의 라인레이저를 이용하여 스트립의 폭방향으로 라인형태의 레이저광을 출력하고, 광 삼각법으로 해당 스트립에서 폭방향을 따라 위치하는 지점들에 대한 거리를 측정할 수 있다.
도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 거리측정단계(S100)에서 라인레이저(110)가 이송롤러(500)에 의해 이송되는 스트립(400)의 폭방향으로 라인형태의 레이저광(L)을 출력하게 되면, 광수신모듈인 CCD카메라(120)가 스트립(400)의 표면에서 반사된 레이저광(L)을 수신하게 되고, 해당 라인에서 반사된 레이저광(L)이 수신된 위치(픽셀)를 확인하여, 스트립(400)의 표면에 레이저광(L)으로 표시된 라인을 구성하는 각 점들까지의 거리를 측정하게 된다. 여기서, 라인을 구성하는 점들의 개수는 CCD카메라(120)의 해상도에 대응하여 달라질 수 있음은 물론이다.
이와 같이 라인에 포함된 점들까지의 거리를 측정하여 취합하면, 도 5의 상부에 나타난 그래프 중 어느 하나와 같이, 특정 라인의 형태곡선을 얻을 수 있다.
1차보정단계(S200)는 거리측정단계(S100)에서 측정된 측정데이터에서 이송진동성분을 제거한다.
도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 이송되는 스트립을 정지한 상태로 가정하고, 해당 조건에 의한 가상의 스트립(S)이 놓여지는 정반을 가상의 정반(P)으로 설정할 수 있으며, 가상의 정반의 표면높이 또는 그 표면에서 스트립의 두께에 대응하는 높이를 더한 높이에 대응하는 가상의 수평면을 기준면으로 설정할 수 있다.
이에, 1차보정단계(S200)는 이러한 가상의 정반을 기준으로, 거리측정단계(S100)에서 측정된 측정데이터의 상하진동성분 및 좌우진동성분 중 적어도 하나를 제거할 수 있다.
여기서, 좌우진동은 도 3의 상부에 나타난 바와 같이, 정지된 상태인 가상의 스트립(S)이 이송되는 과정에서 좌측 또는 우측으로 경사지도록 튕겨진 상태의 진동(V1)을 말하며, 상하진동은 정지된 상태인 가상의 스트립(S)이 이송되는 과정에서 상부방향으로 튕겨진 상태의 진동(V2)을 말한다.
결과적으로, 도 2에 나타난 바와 같이 스트립(400)이 이송롤러(500)에 의해 이송되면, 대부분 도 3의 중앙에 나타난 바와 같이 좌우진동(V1)과 상하진동(V2)가 합쳐진 상태의 진동(V1+V2)이 측정되고, 이러한 측정데이터(Raw data)에서 해당 진동성분(V1+V2)을 제거하면, 도 3의 하부에 나타난 바와 같이 가상의 정반(P)으로 보정된 데이터(D)를 얻을 수 있다.
2차보정단계(S300)는 1차보정단계(S200)에서 보정된 1차보정데이터에서 미세진동성분을 제거한다.
예를 들어, 2차보정단계(S300)는 1차보정데이터에 스트립형상데이터를 적용하여 미세진동성분을 제거할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 거리측정단계(S100)에서 측정되는 측정위치는 스트립의 일측방향에서부터 순차적으로 설정될 수 있다.
그리고, 2차보정단계(S300)에서 최초 위치의 스트립형상데이터는 최초 위치의 1차보정데이터로 하고, 특정 위치의 스트립형상데이터는 해당 위치의 1차보정데이터에서 이전 위치의 스트립형상데이터를 일정비율로 반영하여 산출할 수 있다.
이러한 과정을 'Shape observation'연산이라고 하며, 수식으로 표현하면 하기의 수학식 1과 같다.
여기서, S(n)은 스트립 형상 데이터, D(n)은 스트립의 다항식 추세 제거 데이터(Detrend data), W(n)은 스트립의 Wave(형상)데이터, n은 측정위치의 순서, α는 필터링 펙터(Filtering factor)이다.
스트립형상추정단계(S400)은 제1차보정단계(S200) 및 제2차보정단계(S300) 에서 보정된 보정데이터에 기초하여, 해당 스트립의 원형상을 추정하는 과정으로, 보다 구체적으로는 해당 스트립이 정지된 상태에서의 상부면 형상을 추정하게 된다.
도 4는 도 1의 단계 'S200'에 대한 구체적인 일 실시예를 나타내는 흐름도이고, 도 5는 도 4의 단계 'S210' 및 단계 'S220'을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1차보정단계(S200)는 추세선산출단계(S210) 및 추세선보정단계(S220)를 포함한다.
추세선산출단계(S210)는 거리측정단계(S100)에서 측정된 측정데이터의 추세선을 산출하는 과정으로, 측정데이터의 전체적인 진동 경향을 확인할 수 있다.
먼저, 측정데이터는 도 5의 상부에 나타난 바와 같이 측정된 위치에 따라 각각 라인별 형태곡선으로 나타낼 수 있다.
이에, 추세선산출단계(S210)는 도 5의 상부에 나타난 측정데이터(라인별 형태곡선)가 어떠한 경향으로 진동했는지를 확인하기 위하여, 측정데이터들과의 최단거리를 제곱하여 더한 값이 최소가 되는 직선을 추세선으로 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 추세선산출단계(S210)는 측정데이터들에 대하여, LMS(Least Mean Squares) 기법을 적용하여 추세선을 산출할 수 있다.
예를 들어, 도 5의 상부에 나타난 측정데이터 중 두 라인(도 5의 상부에서 굵은 실선)에 대하여 추세선을 산출하면, 도 5의 중앙에 나타난 바와 같이 각 측정데이터(R1, R2)에 대한 추세선(T1, T2)을 산출할 수 있다.
이를 바탕으로 판단하면, 도 5의 상부에 나타난 측정데이터 중 두 라인(도 5의 상부에서 굵은 실선)에서의 스트립은, 전반적으로 좌측상부에서 우측하부로 기울어진 경향을 갖도록 진동했음을 알 수 있다.
추세선보정단계(S220)는 가상의 정반을 기준으로 앞서 산출된 추세선을 보정하는 과정으로, 진동성분을 제외한 실제 스트립의 표면형상을 확인하는 과정이다.
보다 구체적으로 설명하면, 앞서의 과정을 통해 도 5의 중앙과 같이 추세선(T1, T2)을 산출하면, 해당 추세선을 가상의 정반, 다시 말해 가상의 수평기준면으로 매칭함으로써, 도 5의 하부와 같이 진동성분을 제외한 상태, 다시 말해 정지된 상태에서의 스트립 표면 형상을 확인할 수 있으며, 이로부터 해당 스트립의 평탄도를 측정할 수 있다.
예를 들어, 추세선보정단계(S220)는 측정데이터에서 추세선의 기울기 및 평균 중 적어도 하나를 보정하여, 측정데이터의 추세선이 가상의 정반에 매칭할 수 있다.
보다 구체적으로, 추세선보정단계(S220)는 Detrend 기법을 적용하여 측정데이터의 평균값이 0에 수렴하도록 추세선을 보정할 수 있다.
도 6은 도 1의 다른 일 실시예를 나타내는 흐름도이고, 도 7 및 도8은 도 1에 의해 측정 및 보정된 데이터를 비교한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법은 정상여부판단단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
정상여부판단단계(S500)는 스트립형상추정단계(S400)에서 추정된 스트립 형상을 분석하여, 해당 스트립이 정상적으로 제조된 정상제품인지, 사용이 불가능한 불량제품인지와 같은 정상여부를 판단할 수 있다.
먼저, 도 7의 (a) 및 (B), 도 8의 (a) 및 (b)는, 거리측정단계(S100)에서 대상 스트립의 3지점(길이방향을 기준으로 중앙과 양측 가장자리)에 대하여, 측정된 원데이터(Raw data)가 각각의 상부와 같은 파형으로 나타날 수 있고, 도 1에 나타난 제1차보정단계(S200) 및 제2차보정단계(S300)를 거친 보정데이터는 각각의 하부와 같은 파형으로 나타날 수 있다.
이에, 도 7의 (a)를 살펴보면, 상부와 같은 원데이터를 보정하여 하부와 같은 보정데이터가 나타날 경우, 그 평균적인 진동폭이 일정 범위 이내이므로, 해당 스트립은 정상스트립으로 판단할 수 있다. 여기서, 보정데이터에서 임펄스(Impulse)형태의 신호에 대해서는 잡음신호 등으로 판단하여 스트립의 정상여부 판단에서 제외할 수 있으며, 이하에서도 동일하게 적용할 수 있다.
반면, 도 7의 (b)를 살펴보면, 상부와 같은 원데이터를 보정하여 하부와 같은 보정데이터가 나타날 경우, 진동폭이 일정 범위를 벗어나므로, 해당 스트립은 비정상적인 불량스트립으로 판단할 수 있다.
도 8 또한 도 7과 동일 내지 유사한 과정을 통해, 해당 스트립이 정상적인 스트립인지 불량인 스트립인지를 판단할 수 있다.
다시 말해, 정상여부판단단계(S300)는 제1차보정단계(S200) 및 제2차보정단계(S300)를 거친 보정데이터의 진동폭을 확인하면, 해당 스트립의 정상여부를 판단할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 도 5의 하부와 같은 데이터에 기초하여, 해당 스트립의 평탄도를 산출할 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템은 측정부(100), 형상추정부(200) 및 평탄도산출부(300)를 포함한다.
측정부(100)는 스트립을 이송하는 이송장치의 일측에 구성되어, 이송장치에 의해 이송되는 스트립(Strip)의 표면까지의 거리를 측정한다.
보다 구체적으로, 측정부(100)는 해당 스트립의 폭방향을 따라 라인형태로 레이저광을 출력하는 하나의 라인레이저(110)와, 라인레이저(110)에서 출력되어 해당 스트립의 표면에서 반사된 레이저광을 수신하는 광수신모듈(120), 그리고 광수신모듈(120)로 수신된 레이저광의 수신위치에 따라, 광 삼각법으로 해당 스트립의 표면까지의 거리를 산출하는 거리산출부(130)를 포함할 수 있다.
형상추정부(200)는 측정부(100)에서 측정된 측정데이터의 이송진동성분 및 미세진동성분을 제거하여 해당 스트립의 원영상을 추정한다.
보다 구체적으로, 형상추정부(200)는 측정부(100)에서 측정된 측정데이터에서 이송진동성분을 제거하는 1차보정을 수행한 후, 1차적으로 보정된 1차보정데이터에서 미세진동성분을 더 제거하는 2차보정을 수행하여, 해당 스트립의 원영상을 추정할 수 있다.
예를 들어, 형상추정부(200)는 LMS(Least Mean Squares) 기법을 적용하여 측정데이터의 추세선을 산출하고, Detrend 기법을 적용하여 추세선이 가상의 정반에 수렴하도록 보정하여 1차보정을 수행할 수 있다.
그리고, 형상추정부(200)는 1차보정데이터에 스트립형상데이터를 적용하여 미세진동성분을 제거하여 2차보정을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 측정부(100)는 일측방향에서부터 순차적으로 설정된 측정위치를 측정하고, 형상추정부(200)는 최초 위치의 스트립형상데이터는 최초 위치의 1차보정데이터로 하며, 특정 위치의 스트립형상데이터는 해당 위치의 1차보정데이터에서 이전 위치의 스트립형상데이터를 일정비율로 반영하여 산출할 수 있다.
평탄도산출부(300)는 형상추정부(200)에서 추정된 스트립의 원형상에 기초하여 해당 스트립의 평탄도를 산출한다.
보다 구체적으로, 평탄도산출부(300)는 추세선이 가상의 정반에 수렴하도록 보정된 측정데이터를 확인하고, 가상의 정반을 기준으로 하여 해당 보정데이터의 평탄도를 산출할 수 있다.
이와 같이, 도 9에 나타난 각 구성은 앞서 설명한 이송 강판의 평탄도 측정 방법에 대응하여 동작될 수 있으며, 열간압연공정을 위한 설비뿐만 아니라, 냉간압연공정을 위한 설비 등에 구성되어, 다양한 상태에서의 스트립에 대한 평탄도 측정에 적용할 수 있다.
또한, 이상에서 살펴본 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법은, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능할 수 있다.
여기서, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.
100 : 측정부
110 : 라인레이저
120 : 광수신모듈 130 : 거리산출부
200 : 형상추정부
300 : 평탄도산출부
400 : 스트립(Strip)
500 : 이송롤러
120 : 광수신모듈 130 : 거리산출부
200 : 형상추정부
300 : 평탄도산출부
400 : 스트립(Strip)
500 : 이송롤러
Claims (15)
- 특정 지점에서 스트립(Strip)의 표면까지의 거리를 측정하는 거리측정단계;
상기 거리측정단계에서 측정된 측정데이터에서 이송진동성분을 제거하는 1차보정단계;
상기 1차보정단계에서 보정된 1차보정데이터에서 미세진동성분을 제거하는 2차보정단계; 및
상기 2차보정단계에서 보정된 2차보정데이터로부터 해당 스트립의 원형상을 추정하는 스트립형상추정단계;를 포함하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 2차보정단계는,
상기 1차보정데이터에 스트립형상데이터를 적용하여 미세진동성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 거리측정단계에서,
측정위치는 일측방향에서부터 순차적으로 설정되고,
상기 2차보정단계는,
최초 위치의 스트립형상데이터는 최초 위치의 1차보정데이터로 하고,
특정 위치의 스트립형상데이터는,
해당 위치의 1차보정데이터에서 이전 위치의 스트립형상데이터를 일정비율로 반영하여 산출하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 거리측정단계는,
하나의 라인레이저를 이용하여 상기 스트립의 폭방향으로 라인형태의 레이저광을 출력하고, 광 삼각법으로 해당 스트립에서 폭방향을 따라 위치하는 지점들에 대한 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 1차보정단계는,
상기 측정데이터의 추세선을 산출하는 추세선산출단계; 및
가상의 정반을 기준으로 상기 추세선을 보정하는 추세선보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 추세선산출단계는,
상기 측정데이터들과의 최단거리를 제곱하여 더한 값이 최소가 되는 직선을 추세선으로 설정하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 추세선산출단계는,
상기 측정데이터들에 대하여, LMS(Least Mean Squares) 기법을 적용하여 추세선을 산출하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 추세선보정단계는,
상기 측정데이터에서 추세선의 기울기 및 평균 중 적어도 하나를 보정하여, 상기 측정데이터의 추세선을 가상의 정반에 매칭하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 추세선보정단계는,
Detrend 기법을 적용하여 측정데이터의 평균값이 0에 수렴하도록 추세선을 보정하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 방법.
- 이송장치의 일측에 구성되어, 이송장치에 의해 이송되는 스트립(Strip)의 표면까지의 거리를 측정하는 측정부;
상기 측정부에서 측정된 측정데이터의 이송진동성분 및 미세진동성분을 제거하여 해당 스트립의 원영상을 추정하는 형상추정부; 및
상기 형상추정부에서 추정된 스트립의 원형상에 기초하여 해당 스트립의 평탄도를 산출하는 평탄도산출부;를 포함하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템.
- 제 10항에 있어서,
상기 측정부는,
상기 스트립의 폭방향을 따라 라인형태로 레이저광을 출력하는 하나의 라인레이저;
상기 라인레이저에서 출력되어 스트립의 표면에서 반사된 레이저광을 수신하는 광수신모듈; 및
상기 광수신모듈로 수신된 레이저광의 수신위치에 따라 스트립의 표면까지의 거리를 산출하는 거리산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템.
- 제 11항에 있어서,
상기 형상추정부는,
상기 측정부에서 측정된 측정데이터에서 이송진동성분을 제거하는 1차보정을 수행한 후, 1차적으로 보정된 1차보정데이터에서 미세진동성분을 더 제거하는 2차보정을 수행하여, 해당 스트립의 원영상을 추정하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템.
- 제 12항에 있어서,
상기 형상추정부는,
상기 1차보정데이터에 스트립형상데이터를 적용하여 미세진동성분을 제거하여 2차보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템.
- 제 13항에 있어서,
상기 측정부는,
측정위치를 일측방향에서부터 순차적으로 설정하여 측정하고,
상기 형상추정부는,
최초 위치의 스트립형상데이터는 최초 위치의 1차보정데이터로 하고,
특정 위치의 스트립형상데이터는,
해당 위치의 1차보정데이터에서 이전 위치의 스트립형상데이터를 일정비율로 반영하여 산출하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템.
- 제 12항에 있어서,
상기 형상추정부는,
LMS(Least Mean Squares) 기법을 적용하여 측정데이터의 추세선을 산출하고, Detrend 기법을 적용하여 추세선이 가상의 정반에 수렴하도록 보정하여 1차보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 진동성분보정을 이용한 비접촉식 강판 평탄도 측정 시스템.
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|---|---|---|---|---|
| KR101215828B1 (ko) | 2011-09-05 | 2013-01-09 | 주식회사 비토 | 강판의 평탄도 측정장치 |
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