KR20240105099A - 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치 - Google Patents

카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240105099A
KR20240105099A KR1020220187966A KR20220187966A KR20240105099A KR 20240105099 A KR20240105099 A KR 20240105099A KR 1020220187966 A KR1020220187966 A KR 1020220187966A KR 20220187966 A KR20220187966 A KR 20220187966A KR 20240105099 A KR20240105099 A KR 20240105099A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
raw material
material oil
oil injection
image
unit
Prior art date
Application number
KR1020220187966A
Other languages
English (en)
Inventor
오성묵
박진
장현정
손현식
오영균
Original Assignee
오씨아이 주식회사
Filing date
Publication date
Application filed by 오씨아이 주식회사 filed Critical 오씨아이 주식회사
Publication of KR20240105099A publication Critical patent/KR20240105099A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/70—Denoising; Smoothing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/10—Image acquisition
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/70—Arrangements for image or video recognition or understanding using pattern recognition or machine learning
    • G06V10/74—Image or video pattern matching; Proximity measures in feature spaces
    • G06V10/761—Proximity, similarity or dissimilarity measures

Abstract

본 발명은 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트를 제공한다. 상기 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트는 원료유 분사 영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 영상 취득부와; 상기 관측 경로 상에 보조 원료유의 분사로 인해 형성되는 화염으로 인한 간섭 영상의 존재를 인식하는 간섭 영상 인식부와; 상기 간섭 영상 인식부로부터 상기 간섭 영상이 최소화 되는 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 원료유 영상 취득 조건 설정부와; 기설정된 시점에서 상기 원료유 영상 취득 조건을 만족하도록상기 보조 원료유의 공급되는 유량을 조절하는 보조 원료유 유량 조절부; 및 기설정된 검사 시기에 따라 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건에 해당되는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하는 판단부를 포함한다. 또한 본 발명은 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법과, 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트를 갖는 카본 블랙 제조 장치를 제공한다.

Description

카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치{UNIT FOR MONITORING FEEDSTOCK OIL SPRAY AND METHOD FOR MONITORING FEEDSTOCK OIL SPRAY AND APPARATUS FOR MANUFACTURING CARBON BLACK}
본 발명은 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 이를 갖는 카본 블랙 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응로의 내부에서 카본 블랙 제조용 원료유의 분사 패턴을 실시간으로 확인하여 원료유 분사노즐의 양불을 판단할 수 있는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치에 관한 것이다.
통상 카본 블랙이란 탄화수소 또는 탄소를 함유한 화합물을 불완전 연소시켜 얻는 미세한 구형입자의 집합체를 의미한다.
이러한 카본 블랙은 반응로 내에서 일차 입자(Primary Particle)가 형성되고, 서로 융착되어 포도송이 모양의 1차 응집체를 형성한다. 이와 같이, 1차 응집체의 발달 정도를 구조(Structure)라고 한다.
고색상용 카본블랙은 흑색착색제로서 산업용 페인트, 코팅, 플라스틱 및 섬유용 착색제, 각종 인쇄물 및 신문인쇄용 잉크 등에 주로 사용되고 있다. 또한, 고전도용 카본블랙은 전자부품의 전도성 소재로서 산업부문 전반에 걸쳐 다양하게 사용되고 있다.
이와 같은 카본 블랙을 제조하는 경우 크게 원료유와 보조 원료유가 사용된다.
상기 원료유는 카본 블랙의 주원료가 되는 오일이다. 상기 원료유는 반응로의 내부에서 일정 수준 이상의 고온의 환경에서 열분해 되어 카본 블랙으로 변환된다.
이에 따라 상기 보조 원료유를 사용한다. 상기 보조 원료유는 반응로의 전단에서 연소시켜 반응로의 내부 공간으로 공급되는 원료유로 고온의 열과 추가 원료를 제공한다.
도 1은 종래의 카본 블랙 제조용 반응로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조 하면, 종래의 카본 블랙 제조용 반응로(10)에는 내부 공간이 형성된다.
상기 반응로(10)의 일단에는 보조 원료유를 분사하는 보조 원료유 분사 노즐(12)이 배치된다. 상기 반응로(10)의 타단에는 유로가 형성되는 중공 형상의 관(13)이 형성된다. 여기서 상기 보조 원료유 분사 노즐(12)의 축선과 상기 관(13)의 중심 축선은 동일 선상에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 관(13)의 내주를 따라 일정 간격을 이루어 원료유 분사 노즐들(14)이 배치된다. 이에 따라 상기 원료유 분사 노즐들(14)은 관(13)을 정면에서 바라보는 경우 방사상의 경로를 따라 배치된다. 상기 원료유 분사 노즐들(14)의 팁은 관(13)의 내주에서 일부 돌출될 수 있다.
이를 통해 원료유 분사 노즐들(14)은 외부에서 원료유를 공급 받고, 관(13)의 중심을 향해 설정된 분사 유량을 이루어 원료유를 분사할 수 있다.
그리고 보조 원료유 분사 노즐(12)은 보조 원료유를 관(13)의 중공 방향을 향하여 설정된 분사 유량을 이루어 분사한다. 그리고 분사되는 보조 원료유는 반응로(10)의 전단에서 고온의 환경에 노출되어 연소가 이루어질 수 있다.
이에 따라 상기 보조 원료유는 연소됨에 따라 분사되는 원료유로 고온의 열과 추가 원료를 제공할 수 있다.
이때 원료유는 섭씨 1600 ~ 2300도의 고온에서 분사되기 때문에, 노즐 팁 측에 코킹(Coking)현상으로 인해 딱딱한 카본 덩어리가 발생된다.
상기와 같이 노즐 팁에 카본 덩어리가 발생되는 경우, 해당 노즐 팁은 일부 또는 전부 막힐 수 있기 때문에, 전체적인 원료유 분사 패턴이 비대칭을 이루게 된다.
이와 같이 원료유 분사 패턴이 비대칭을 이루는 경우 제조되는 카본 블랙의 제품성이 하락되는 문제가 있다.
이러한 경우 일부 또는 전부 막힌 노즐 팁을 갖는 원료유 분사 노즐을 새로운 노즐로 교체를 하는 보수 과정을 거쳐야 한다.
이에 종래에는 반응로(10)의 일단 측에 체킹홀(11)을 형성함을 통해 작업자가 원료유 분사 패턴이 대칭 또는 비대칭을 이루는 지를 확인하고, 이에 따라 노즐의 불량을 검출하였다.
즉 상기 방식은 반응로(10) 일단에 형성된 체킹홀(11)을 통해 작업자가 육안으로 반응로(10)의 내부를 관찰하여 원료유 분사 패턴을 확인하는 육안 분석 방법이다.
여기서 통상 체킹홀(11)은 원료유 분사 노즐들(14)과 2 내지 5미터 이격된 위치에서 원료유 노즐 분사 패턴을 확인한다.
이때 작업자는 도 1에서 도시된 관측 경로 상에는 보조 원료유가 연소하면서 발생되는 화염이 존재할 수 있다. 즉 작업자는 상기 화염에 의해 일부가 가려진 상태로 원료유 분사 패턴의 일부를 육안으로 확인할 수 있다. 즉 작업자는 상기 화염으로 인해 원료유 분사 패턴의 전부를 확인할 수 없다.
이와 같은 반응로(10)의 구조에서 상기 화염이 원료유 분사 패턴을 가리기 때문에 이를 분석하기 위해서는 작업자의 장기간 분석 경험에 의존하게 되는 문제가 있다.
또한 작업자들에 따라 육안으로 관측하는 원료유 분사 패턴 불량 여부 판단 결과도 상이할 수 있다.
도 2는 보조 원료유 분사 및 원료유 분사 상태를 보여주는 실제 사진들이다.
종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해 도 2의 (a)에서와 같이 보조 원료유가 공급되는 상태에서 도 2의 (b)에서와 같이 일정 시간 보조 원료유의 공급을 차단하여 화염을 제거한 후, 원료유 분사 패턴을 수 초 동안 육안으로 분석하고 다시 보조 원료유를 공급하는 방식을 사용하였다.
그러나 보조 원료유의 화염이 제거되면 반응로 내부의 온도가 하강되어, 반응로 내부에서의 온도 차이가 급격히 발생된다. 이에 따라 제조되는 카본 블랙의 품질 저하와 내부 단열재 수명 감소 문제가 발생된다.
대한민국 등록특허 제10-1743670호(등록일자: 2017년 05월 30일)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 본 발명의 목적은 아래와 같다.
본 발명의 목적은 반응로 내부에서 보조 원료유의 연소로 인하여 발생되는 관측 간섭을 최소화할 수 있는 원료유 분사 영상을 취득하고, 상기 원료유 분사 영상을 이미지 처리하여 원료유 분사 패턴의 양불을 판단할 수 있는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 상기 원료유 분사 패턴이 불량을 이루는 경우 패턴 불량을 발생시키는 원료유 분사 노즐을 선별하여 유지 보수를 이루도록 할 수 있는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 관측 간섭이 없는 최적의 원료유 영상 취득 조건을 이루는 보조 원료유 유량을 실시간으로 산출하여 변경설정할 수 있는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기의 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트를 제공한다.
상기 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트는 원료유 분사 영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 영상 취득부와; 상기 관측 경로 상에 보조 원료유의 연소로 인해 형성되는 화염으로 인한 간섭 영상의 존재를 인식하는 간섭 영상 인식부와; 상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 원료유 영상 취득 조건 설정부와; 기설정된 시점에서 상기 원료유 영상 취득 조건을 만족하도록 상기 보조 원료유의 공급되는 유량을 조절하는 보조 원료유 유량 조절부; 및, 기설정된 검사 시기에 따라 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건에 해당되는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하는 판단부를 포함한다.
여기서 상기 원료유 영상 취득 조건 설정부는,
상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 상기 원료유 분사 영상을 다수로 취득하고,
다수로 취득된 상기 원료유 분사 영상에 대한 이미지 데이터를 평균 처리하여 상기 간섭 영상으로 인한 노이즈를 일정 수준 이하를 이루도록 하여 상기 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 원료유 분사 영상은,
중공을 이루는 관 내주에 원주를 따라 간격을 이루어 배치되는 상기 원료유 분사 노즐들로부터 분사되는 원료유 분사 패턴을 포함하고,
상기 기준 판별 모델은, 정상 원료유 분사 패턴을 포함하고,
상기 판단부는,
상기 원료유 분사 패턴을 상기 정상 원료유 분사 패턴과 비교하고,
상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것이 바람직하다.
그리고 취득되는 상기 원료유 분사 영상은 정지 영상인 것이 바람직하다.
또한 상기 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트는,
원료유 분사 동영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 동영상 취득부와,
상기 영상 취득부와 상기 동영상 취득부 중 하나 또는 둘의 구동을 선택하는 선택부를 포함하고,
상기 선택부를 통해 상기 동영상 취득부의 구동이 선택되는 경우,
상기 판단부는,
취득된 상기 원료유 분사 동영상에서 상기 간섭 영상이 존재하는 영상을 제외하여 보정된 원료유 분사 동영상으로 형성하고,
상기 보정된 원료유 분사 동영상을 다수의 보정된 원료유 분사 영상으로 형성하고,
상기 다수의 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들과 상기 기설정된 기준 판별 모델을 이루는 정상 원료유 분사 패턴을 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것이 바람직하다.
다른 실시예에 따라 본 발명은 상기의 원료유 분사 모니터링 유니트를 사용한 원료유 분사 모니터링 방법을 제공한다.
또 다른 실시예에 따라 본 발명은 카본 블랙 제조 장치는 내부 공간을 갖고, 일단에 가시창이 형성되고, 타단에 중공 형상의 연결관을 포함하는 반응로와; 상기 반응로의 일단에 설치되며, 상기 반응로 일단측 내부 공간에 보조 원료유를 공급하여 화염을 형성하는 보조 원료유 분사 노즐과; 상기 연결관의 내주에서 원주 방향을 따라 일정 간격을 이루어 배치되며, 상기 중공의 중심을 향해 원료유를 분사하는 원료유 분사 노즐들과; 상기 화염에 의한 간섭 영상을 일정 수준 이하를 이루도록 상기 보조 원료유의 분사 유량을 제어하여 상기 가시창을 통해 상기 원료유 분사 노즐들로부터 분사되는 원료유 분사 영상을 취득하고, 상기 취득된 원료유 분사 영상과 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하는 원료유 분사 모니터링 유니트를 포함한다.
여기서 상기 원료유 분사 모니터링 유니트는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 영상 취득부와, 상기 관측 경로 상에 보조 원료유의 연소로 인해 형성되는 화염으로 인한 상기 간섭 영상의 존재를 인식하는 간섭 영상 인식부와, 상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 원료유 영상 취득 조건 설정부와, 기설정된 시점에서 상기 원료유 영상 취득 조건을 만족하도록 상기 보조 원료유의 공급되는 유량을 조절하는 보조 원료유 유량 조절부와, 기설정된 검사 시기에 따라 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건에 해당되는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하는 판단부를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 원료유 분사 영상은,
상기 원료유 분사 노즐들로부터 분사되는 원료유 분사 패턴을 포함하고,
상기 기준 판별 모델은, 정상 원료유 분사 패턴을 포함하고,
상기 판단부는,
상기 원료유 분사 패턴을 상기 정상 원료유 분사 패턴과 비교하고,
상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것이 바람직하다.
또한 취득되는 상기 원료유 분사 영상은 정지 영상인 것이 바람직하다.
또한 상기 원료유 분사 모니터링 유니트는,
원료유 분사 동영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 동영상 취득부와,
상기 영상 취득부와 상기 동영상 취득부 중 하나 또는 둘의 구동을 선택하는 선택부를 포함하고,
상기 선택부를 통해 상기 동영상 취득부의 구동이 선택되는 경우,
상기 판단부는,
취득된 상기 원료유 분사 동영상에서 상기 간섭 영상이 존재하는 영상을 제외하여 보정된 원료유 분사 동영상으로 형성하고,
상기 보정된 원료유 분사 동영상을 다수의 보정된 원료유 분사 영상으로 형성하고,
상기 다수의 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들과 상기 기설정된 기준 판별 모델을 이루는 정상 원료유 분사 패턴을 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것이 바람직하다.
또한 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건을 이루는 상기 보조 원료유의 공급되는 유량은 일정 범위의 유량을 형성하는 것이 바람직하다.
상기의 과제의 해결 수단을 통해 본 발명은 반응로 내부에서 보조 원료유의 연소로 인하여 발생되는 관측 간섭을 최소화할 수 있는 원료유 분사 영상을 취득하고, 상기 원료유 분사 영상을 이미지 처리하여 원료유 분사 패턴의 양불을 판단할 수 있는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 상기 원료유 분사 패턴이 불량을 이루는 경우 패턴 불량을 발생시키는 원료유 분사 노즐을 선별하여 유지 보수를 이루도록 할 수 있는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 상기와 같이 관측 간섭을 최소화할 수 있는 최적의 원료유 영상 취득 조건을 이루는 보조 원료유 유량을 실시간으로 산출하여 변경 설정할 수 있는 효과를 갖는다.
상술한 효과들과 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 카본 블랙 제조용 반응로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 보조 원료유 분사 및 원료유 분사 상태를 보여주는 실제 사진들이다.
도 3은 본 발명에 따른 카본 블랙 제조 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 원료유 분사 노즐들이 설치된 연결관을 보여주는 종단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 원료유 분사 모니터링 유니트의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 5b는 보조 원료유 분사유량 조절을 통해 화염이 줄어든 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 원료유 분사 영상들을 보여주는 실제 사진들이다.
도 7은 원료유 분사 노즐들의 양불 결과를 보여주는 실제 사진이다.
도 8은 보조 원료유의 분사유량을 조절하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 원료유 분사 모니터링 유니트에 동영상 취득부가 더 연결되는 예를 보여주는 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미한다.
또한, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 이를 갖는 카본 블랙 제조 장치를 설명한다.
상기 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트는 카본 블랙 제조 장치에 포함될 수 있는 구성이기 때문에, 카본 블랙 제조 장치를 설명함에 포함하여 기술하면서 원료유 분사 모니터링 방법을 설명하기로 한다.
그리고 상기 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트는 본 발명에 따른 카본 블랙 제조 장치에 채택되는 것이 바람직하고, 카본 블랙을 제조하는 장치 이외 다른 제조 공정에서 연소로 인해 발생되는 화염 형성 조건을 변경하여 일정 거리에 위치되는 분사 노즐들의 원료 분사 거동 상태를 모니터링하는 챔버의 내부에도 설치 가능할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 카본 블랙 제조 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 4는 도 3의 원료유 분사 노즐들이 설치된 연결관을 보여주는 종단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조 하면 본 발명에 따른 카본 블랙 제조 장치는 내부 공간이 형성되는 반응로(100)를 갖는다.
상기 반응로(100)의 일단에는 가시창(110)이 형성된다. 상기 가시창(110)은 내열성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 가시창(110)은 반응로(100)의 내부 공간을 가시적으로 볼 수 있도록 투명하게 이루어진다. 상기 가시창(110)은 쿼츠로 형성될 수 있다.
상기 반응로(100)의 일단에는 보조 원료유 분사 노즐(120)이 상기 내부 공간을 향해 돌출되도록 설치된다. 상기 보조 원료유 분사 노즐(120)은 보조 원료유를 외부의 보조 원료유 공급부(200)로부터 공급받는다.
상기 보조 원료유 분사 노즐(120)은 반응로의 일단 중앙에 배치될 수 있다.
상기 반응로(100)의 타단에는 원통 형상을 이루어 중공 형상의 연결관(130)이 형성된다. 상기 연결관(130)은 상기 반응로(100)의 내부 공간과 연결된다. 상기 연결관(130)은 반응로(100)의 타단 중앙에 배치된다.
여기서 상기 보조 원료유 분사 노즐(120)의 축선은 상기 연결관(130)의 중공 중심축선과 동일 선상을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 반응로(100)의 내부 공간에는 별도의 가열 수단(미도시)을 통해 일정 이상의 고온이 형성될 수 있다.
상기 보조 원료유 분사 노즐(120)은 보조 원료유를 반응로(100)의 내부 공간으로 분사한다. 분사되는 보조 원료유는 반응로(100)의 내부 공간에 형성된 고온 분위기에 의해 연소되어 화염을 형성한다.
그리고 상기 연결관(130)의 중공 내주에는 원주 방향을 따라 일정 간격을 이루어 원료유 분사 노즐들(140)이 배치된다.
상기 원료유 분사 노즐들(140) 각각의 노즐 팁은 연결관(130)의 중공에 노출된다.
상기 원료유 분사 노즐들(140) 각각은 원료유 공급 라인들(310)과 연결되고, 상기 원료유 공급 라인들(310)은 원료유 공급부(300)와 연결된다. 상기 원료유 공급부(300)는 원료유를 상기 원료유 공급 라인들(310)을 통해 공급시켜 상기 원료유 분사 노즐들(140) 각각으로 공급한다.
이에 원료유 분사 노즐들(140) 각각은 공급되는 원료유를 연결관(130)의 중공 중심을 향하여 동일한 분사 유량을 이루어 분사할 수 있다.
한편 상기 반응로(100)의 일단에 설치된 가시창(110)은 상기 보조 원료유 분사 노즐(120)과 이격된 위치에 배치된다.
상기 가시창(110)과 연결관(130)의 중공과 관측이 가능한 관측 경로가 형성된다.
본 발명의 카본 블랙 제조 장치는 원료유 분사 모니터링 유니트(400)를 구비한다.
상기 원료유 분사 모니터링 유니트(400)는 상기의 화염에 의한 간섭 영상이 최소화되도록 상기 보조 원료유의 분사 유량을 제어하여 상기 가시창(110)을 통해 상기 원료유 분사 노즐들(140)로부터 분사되는 원료유 분사 영상을 취득하고, 상기 취득된 원료유 분사 영상과 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들(140)의 양불을 판단할 수 있다.
여기서 화염에 의한 간섭 영상이 최소화됨은 원료유 영상 취득 조건을 취득하는 과정에서 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이룸에 따라 이루어질 수 있다.
상기 설정된 수준 이하는 원료유 분사 영상이 후술되는 판단부를 통해 노즐의 양불을 판단하기 위해 원료유 분사 노즐들 각각의 분사 거동에 대한 패턴을 확보할 수 있는 최소한의 조건일 수 있다.
하기에서 상기 원료유 분사 모니터링 유니트를 설명한다.
도 5a는 본 발명에 따른 원료유 분사 모니터링 유니트의 구성을 보여주는 블록도이다. 도 5b는 보조 원료유 분사유량 조절을 통해 화염이 줄어든 상태를 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조 하면 본 발명에 따른 원료유 분사 모니터링 유니트(400)는 영상 취득부(410)와, 간섭 영상 인식부(420)와, 원료유 영상 취득 조건 설정부(430)와, 보조 원료유 유량 조절부(440)와, 판단부(450)를 포함할 수 있다.
상기 영상 취득부(410)는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득한다.
상기 간섭 영상 인식부(420)는 상기 관측 경로 상에 보조 원료유의 분사로 인해 형성되는 상기 화염으로 인한 간섭 영상의 존재를 인식한다.
상기 원료유 영상 취득 조건 설정부(430)는 상기 간섭 영상 인식부(420)로부터 상기 화염으로 인한 노이즈를 최소화할 수 있는 원료유 영상 취득 조건을 설정한다.
여기서 상기 원료유 영상 취득 조건 설정부(430)는 상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 상기 원료유 분사 영상을 다수로 취득하고, 다수로 취득된 상기 원료유 분사 영상에 대한 이미지 데이터를 평균 처리하여 상기 간섭 영상으로 인한 노이즈를 일정 수준 이하를 이루도록 하여 상기 원료유 영상 취득 조건을 설정할 수 있다. 이의 이미지 처리 과정은 후술한다.
여기서 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건을 이루는 상기 보조 원료유의 공급되는 유량은 일정 범위의 유량을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 보조 원료유 유량 조절부(440)는 기설정된 검사 시점에서 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건을 이루도록 상기 보조 원료유의 공급되는 유량을 조절한다.
상기 판단부(450)는 기설정된 검사 시기에 따라 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건에 해당되는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 원료유 분사 노즐들(140)의 양불을 판단한다.
여기서 상기 판별 기준 모델은 정상 분사 영상과 불량 분사 영상의 빅데이터를 기계학습(전이학습 기법과 앙상블 학습)을 활용하여 형성되어진 모델일 수 있다.상기 정상 분사 영상은 원료유 분사 노즐들 각각에서 미리 설정된 분무 거동 패턴을 포함할 수 있고, 불량 분사 영상은 미리 설정된 분무 거동 패턴을 이루지 못하는 경우일 수 있다.
여기서 상기 원료유 분사 영상은 상기 원료유 분사 노즐들(140)로부터 분사되는 원료유 분사 패턴을 포함한다. 취득되는 상기 원료유 분사 영상은 정지 영상이다.
또한 상기 기준 판별 모델은 정상 원료유 분사 패턴을 포함한다.
그리고 원료유 분사 모니터링 유니트(400)는 저장부(460)를 포함한다. 상기 저장부(460)에는 영상 취득부(410)를 통해 취득되는 원료유 분사 영상이 저장될 수 있다.
그리고 상기 영상 취득부(410), 간섭 영상 인식부(420), 원료유 영상 취득 조건 설정부(430), 보조 원료유 유량 조절부(440), 판단부(450), 저장부(460)는 제어부(500)와 전기적으로 연결되고, 상기 제어부(500)는 보조 원료유 공급부(200), 원료유 공급부(300)의 구동을 제어한다. 유량 측정기(470)는 제어부(500)의 제어에 따라 보조 원료유의 분사 유량을 측정한다.
이를 통해 본 발명에 따른 판단부(450)는 상기 원료유 분사 패턴을 상기 정상 원료유 분사 패턴과 비교한다.
이어 상기 판단부(450)는 상기 원료유 분사 노즐들(140) 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐(140)을 불량 노즐로 판단할 수 있다.
다음은 상기의 구성을 갖는 원료유 분사 모니터링 유니트의 작용을 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조 하면 영상 취득부(410)는 가시창(110)에 설치된 상태를 이루고, 관측 경로는 가시창(110)에서 연결관(130)의 중공을 관측할 수 있도록 형성된다.
원료유 공급부(300)는 일정 유량의 원료유를 원료유 분사 노즐들(140)로 공급한다.
상기 원료유 분사 노즐들(140)은 연결관(130)의 중공 내주에서 원주 방향을 따라 균등 배치되는 상태로 공급되는 원료유를 연결관(130)의 중공 내부에서 중공의 중앙을 향해 분사한다.
그리고 보조 원료유 공급부(200)는 보조 원료유를 보조 원료유 분사 노즐(120)로 공급하고, 보조 원료유 분사 노즐(120)은 공급 받은 보조 원료유를 반응로(100)의 전단인 일단 중앙을 통해 반응로(100)의 내부 공간으로 분사한다.
상기와 같이 분사되는 보조 원료유는 반응로(100)의 내부 공간에 형성되는 고온 분위기에 의해 연소된다. 이 연소로 인하여 일정 영역의 화염이 형성된다. 상기 화염 형성으로 인해 발생되는 열은 연결관(130)의 중공에 분사되는 원료유로 전달될 수 있다.
이때 상기 화염은 관측 경로에 침범되어 관측 경로의 일부 영역을 차단할 수 있다. 즉 차단되는 영역만큼 영상 취득부(410)는 연결관(130)의 중공에 배치된 원료유 분사 노즐들(140)의 분사 거동에 대한 전체 영상을 취득하기 어려울 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 원료유 분사 모니터링 유니트(400)는 공정 흐름에 따른 공정 오차를 벗어나지 않는 범위 내에서 보조 원료유 연소로 인한 화염에 의해 형성된 간섭 영상이 최소화되도록 최적의 원료유 영상 취득 조건을 설정하여 원료유 분사 패턴을 파악한 이후 불량 노즐의 유무를 검사할 수 있다.
원료유 영상 취득 조건 설정 단계
제어부(500)에는 상기의 간섭 영상 인식부(420)로부터 원료유 영상 취득 조건이 설정된다.
즉 제어부(500)는 관측 경로 상에 화염이 최소화 되는 경우에만 영상 취득부(410)를 사용하여 원료유 분사 영상을 취득하도록 제어할 수 있다.
원료유 분사 영상 취득 단계
상기의 영상 취득부(410)는 가시창(110)을 통해 관측 경로를 따라 연결관(130) 중공에서의 원료유 분사 노즐들(140)의 원료유 분사 영상을 취득한다. 상기 원료유 분사 영상은 정지 영상을 반복적으로 촬영하여 취득할 수 있다. 상기 영상 취득부(410)는 카메라일 수 있다.
여기서 상기 영상 취득부(410)는 반응로(100) 내부 원료유 노즐 분사 패턴 이미지를 획득하는 장치 즉, 패턴 이미지 획득 장치일 수 있다.
상기 영상 취득부(410)는 취득되는 원료유 분사 영상을 제어부(500)를 통해 저장부(460)로 전송하여 저장할 수 있다.
또한 상기 영상 취득부(410)는 취득되는 원료유 분사 영상을 제어부(500)를 통해 판단부(450)로 전송할 수 있다.
여기서 제어부(500)는 후술되는 관측 경로 상에 화염이 존재하는 간섭 영상이 존재 하지 않는 경우에만 영상 취득부(410)를 통해 상기 원료유 분사 영상을 취득하도록 제어할 수 있다.
즉 상기 제어부(500)는 원료유 분사 패턴을 포함하는 원료유 분사 영상을 취득할 수 있는 시점을 지시할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 영상 취득부(410)는 카본 블랙 반응로(100)의 내부를 촬영하기 위해 반응로(100) 전단에 부착된 가시창(110) 근방에 설치되어 반응로(100) 내부 원료유 분사 영상을 촬영하는 장치이고, 하기의 조건이 요구될 수 있다.
본 발명에 따른 영상 취득부(410)는 가시광선 영역 또는 자외선, 적외선 등의 이미지를 얻을 수 있는 카메라 류의 장치가 적절하다.
특히 원료유 분사 영상을 통한 노즐 분사 패턴은 육안으로도 판단이 가능하므로 가시광선 영역의 카메라를 사용하는 것이 여러 성능 및 비용상 이점이 있다.
컬러 카메라도 무방하나 무채색의 카본블랙 원료유 노즐 분사 패턴 특성상 흑백 카메라가 감도, 이미지 전송속도의 면에서 유리하다. 해상도, 노즐 분사 패턴의 크기는 노즐 분사 패턴을 식별할 수 있는 수준이면 충분하나 분석의 편의를 위해 1 백만 화소 이상이 적절하다. 필요 이상으로 높은 크기의 이미지는 특정 시간 간격에 전송할 수 있는 패턴 이미지의 수가 감소하여 분석 시간을 지연시키는 문제가 있다.
렌즈의 초점 거리는 카메라와 측정 면과의 거리, 그리고 관심 영역의 크기에 따라 선택을 하게 된다. 이는 기존에 FOV를 구하는 방법으로 널리 알려져 있다. 초점 거리를 선택한 후에는 최대 개방 조리개 수치를 선택한다.
최대 개방 조리개 수치가 작은 렌즈가 어두운 환경에서도 더 선명한 패턴 영상을 얻을 수 있으나 본 발명에서는 촬영 대상이 충분히 밝으므로 최대 조리개 수치가 2.4 이상일 수 있다.
반응로(100)에서 방출하는 복사열의 흡수를 줄여 카메라 과열을 방지하기 위해서는 되도록 최대 조리개 수치가 큰 렌즈가 유리하므로 조리개 수치 2.4 이상이 바람직하다.
영상 취득 시 노출 시간 및 이득값(Gain, 감도 등)을 설정해야 한다. 조명이나 촬영대상의 광량이 부족한 경우 이득값을 높게 줘 패턴 이미지의 적절한 밝기를 확보할 수 있으나 노이즈가 생겨 이미지 처리 및 분석에 영향을 줄 수 있다.
따라서 원료유 노즐 분사(140)의 경우 밝기가 충분하므로 Gain은 최소값으로 하여 노이즈를 최소화한다. 노출 시간의 경우 공정 상황에 따라 노즐 부의 밝기가 바뀔 수 있으므로 공정 변수를 조절하는 경우 또는 매 이미지 촬영 시마다 노출 시간을 자동으로 측정하는 것이 좋다. 특히 노즐 부위를 관심영역으로 지정하여 해당 부분을 기준으로 노출 시간을 판단하도록 한다.
간섭 영상 인식 단계
상기 간섭 영상 인식 단계에서는 관측 경로 상에 화염 형성으로 인해 가려진 상태에서 영상 취득부(410)를 통해 영상이 취득되지 않도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 간섭 영상 인식부(420)는 영상 취득부(410)와 전기적으로 연결되어, 영상 취득부(410)를 통해 영상 취득을 위해 관측 경로를 따라 가시 영상을 형성하는 경우, 상기 가시 영상에서 관측 경로 상에 화염이 형성(상기 간섭 영상)되는 경우 촬영이 이루어지지 않도록 상기 제어부(500)를 통해 영상 취득부(410)의 구동을 제어할 수 있다.
도 6은 원료유 분사 영상들을 보여주는 실제 사진들이다.
도 6을 참조 하여 본 발명에 따른 간섭 영상을 최소화하여 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 과정을 설명한다.
도 6을 참조 하면 상기와 같이 취득된 영상은 패턴 이미지 프로세싱 장치를 통해 이미지 처리를 이룰 수 있다.
상술한 바와 같이 취득된 원료유 분사 영상은 픽셀로 이루어지며, 촬영된 이미지 모델 채널의 개수를 m개라 하면(예컨대, RGB 모델일 경우 m = 3, CMYK 모델일 경우 m = 4) 원본 이미지는 (가로 픽셀 수 × 세로 픽셀 수 × m)의 행렬로 구성된다.
그리고 원본 이미지의 색상 깊이 수를 n이라고 할 때, 모든 행렬의 구성 요소들은 0 ~ (2n-1) 중 하나의 값을 가진다.
예컨대 n = 8 이면 모든 행렬의 구성 요소들은 0 ~ 255 중 하나의 값을 가진다. 본 발명에서는 한 번 분석할 때 이미지를 100장 ~ 500장 정도 획득하였다.
그리고 관심 영역을 선택할 수 있다.
원본 이미지는 도 6의 (a)와 같이 원료유 분사 노즐(140)과 그 주변부가 같이 촬영된다. 이에 도 6의 (b)와 같이 원료유 분사 노즐(140)을 기준으로 특정 영역만 이미지를 크롭하여 분석한다. 관심 영역은 같은 분석 시기에 획득된 이미지들에서 모두 동일할 수 있다.
그리고 크롭 이미지를 흑백 이미지로 변환할 수 있다.
이미지가 컬러 이미지로 촬영되었을 경우 흑백 이미지로 변환하는 과정을 추가한다. 크롭 이미지의 (가로 픽셀 수 × 세로 픽셀 수 × m) 의 행렬의 가로, 세로를 각각 크롭 이미지의 좌표라 생각하면 하나의 픽셀 좌표는 m개의 값을 가진다.
상기 m개의 값들에 합이 1이 되는 m개의 상수들을 각각 곱한 후 서로 더하여 (가로 픽셀 수 × 세로 픽셀 수 × m)의 행렬을 (가로 픽셀 수 × 세로 픽셀 수 × 1)의 행렬로 변환하여 흑백 이미지를 생성한다.
변환된 흑백 이미지는 픽셀당 0 ~ (2n-1) 사이의 값을 갖게 된다.
한편 흑백 이미지 프로세싱의 경우 한 번 분석할 때 획득한 모든 이미지들이 상기의 과정을 거친 후 다음의 3가지 방법으로 프로세싱된다.
획득 이미지들의 평균 이미지를 설명한다.
이미지를 프로세싱하는 주요 목표는 분석에 불필요한 보조 원료유 화염을 제거하는 것이다. 보조 원료유 화염은 이미지 내 노이즈(noise)로 취급할 수 있는데 이미지에서 노이즈를 제거하는데 가장 효과적인 방법은 같은 대상을 짧은 시간 여러 번 촬영하여 이를 평균 내는 것이다.
이를 통해 노이즈인 화염은 매 획득 이미지 마다 위치를 달리하기 때문에 평균 이미지 내에서의 영향도가 감소한다.
반면에 분석하고자 하는 원료유 노즐 분사 패턴은 계속 같은 자리에 존재하기 때문에 평균 이미지에서의 영향도가 증가하여 평균 이미지를 확인하면 불꽃 영향이 사라진 원료유 분사 영상(원료유 노즐 분사 패턴)을 확인할 수 있다. 이미지 평균화를 수식화 하면 하기의 [식 1], [식 2]와 같다. 평균 이미지 예시는 도 6의 (c)를 통해 확인할 수 있다.
[식 1]
[식 2]
획득 이미지들의 정규화된 표준 편차 이미지를 설명한다.
본 발명에서는 이미지들의 같은 위치 평균만 계산하는 것이 아니라 표준 편차도 계산하여 하기의 [식 3], [식 4]를 통해 정규화된 표준 편차 이미지를 획득하였다. 정규화된 표준 편차 이미지 예는 도 6의 (d)를 통해 확인할 수 있다.
[식 3]
[식 4]
획득 이미지들의 변동 계수 이미지를 설명한다.
본 발명에서는 획득 이미지들의 평균 이미지와 획득 이미지들의 정규화된 표준 편차 이미지를 이용하여 변동 계수 (표준 편차와 평균의 비율) 이미지를 다음 [식 5]를 통하여 획득하였다. 변동 계수 이미지 예시는 도 6의 (e)를 통해 확인할 수 있다.
[식 5]
[식 1] 내지 [식 5]에서 i = 이미지의수평 (x축) 픽셀좌표, j =이미지의수직 (y축) 픽셀좌표, k = 획득이미지순서, N = 한번 분석할 때 획득하는 총 이미지장수, Img = 프로세싱 전 크롭된 이미지, RawAvrImg = 반올림하기 전 크롭된 이미지들의 평균값, AvrImg = RawAvrImg 기반으로 반올림한 값, StdImg = 크롭된 이미지들의 표준편차 기반 계산값, nStdImg = 0 ~ 255 범위내에서 정규화 된 표준 편차값, CovImg = 크롭된 이미지들의 변동계수 기반 계산값, round = 반올림함수, sqrt = 제곱근 이다.
판단 단계
도 7은 원료유 분사 노즐들의 양불 결과를 보여주는 실제 사진이다.
도 5 및 도 7을 참조 하면 판단 단계에서 본 발명에 따른 판단부(450)는 제어부(500)와 전기적으로 연결되며, 기설정된 검사 시기에 따라 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건에 해당되는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 원료유 분사 노즐들(140)의 양불을 판단할 수 있다.
즉 상기 판단부(450)는 원료유 분사 패턴을 상기 정상 원료유 분사 패턴과 비교한다.
그리고 상기 판단부(450)는 상기 원료유 분사 노즐들(140) 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐(140)을 불량 노즐로 판단할 수 있다.
보조 원료유 유량 조절 단계
제어부(500)는 본 발명에 따른 보조 원료유 유량 조절부(440)를 사용하여 기설정된 검사 시점에서 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건을 이루도록 상기 보조 원료유의 공급되는 유량을 조절할 수 있다.
상기 원료유 영상 취득 조건은 영상 취득부(410)를 통해 원료유 분사 영상을 취득하는 경우 관측 경로 상에 화염이 최소화 되는 경우에 해당된다. 즉 간섭 영상이 최소화 되는 조건일 수 있다.
본 발명에 따른 보조 원료유 유량 조절부(440)는 원료유 분사 영상을 취득할 수 있도록 화염의 영역을 일정 이하로 줄일 수 있다.
즉 제어부(500)는 보조 원료유의 분사 유량을 제어하여 화염이 관측 경로 상에 최소화 되도록 제어할 수 있다.
이의 예를 설명한다.
원료유 분사 노즐들(140) 전방에서 연소되고 있는 보조 원료유의 유량이 일정 이상으로 많이 분사되어 화염이 너무 크게 발생하는 경우가 있다.
이러한 경우 보조 원료유의 연소로 인해 발생되는 화염이 관측 경로 상에서일정 영역을 가리기 때문에 실질적으로 원료유 분사 영상에는 원료유 분사 패턴이 유의할 수준을 이루지 못하는 경우가 발생된다.
이러한 경우 본 발명에서는 원료유 분사 영상을 설정된 회수로 다수의 영상을 취득하고, 이들 영상에 포함되는 이미지 데이터를 평균처리하여 보조 원료유의 연소로 인해 발생되는 화염에 대한 간섭을 최소화하여 분석 가능한 원료유 분사 영상을 얻을 수 있다.
또한 본 발명에서는 분석을 진행할 수 있도록 보조 원료유의 유량을 잠시 감소시켜 화염의 크기를 감소시킨 후 분석함에 유의한 원료유 분사 영상을 취득하도록 할 수 있다.
이를 위하여 보조 원료유 유량 조절부(440)를 사용하여 하기의 과정을 통해 보조 원료유의 분사 유량을 조절할 수 있다.
도 8은 보조 원료유의 분사유량을 조절하는 개념을 보여주는 도면이다.
장치 입력값을 확인한다.
보조 원료유 유량 조절부(440)는 하기와 같은 3가지의 입력값(촬영 유량, 촬영 대기 시간, 분석 주기)을 제어부(500)로부터 전송 받아 작동된다.
보조 원료유 유량 조절 전 현재 입력값을 확인한다.
상기 촬영 유량은 상술한 간섭 영상이 관측 경로 상에 최소화 되는 경우 원료유 분석 영상을 취득할 때의 보조 원료유의 분사 유량이다.
상기 촬영 대기 시간은 보조 원료유 유량 측정값이 상기의 촬영 유량에 도달한 이후 영상 취득을 위해 획득 위해 대기하는 시간이다.
상기 분석 주기는 보조 원료유의 유량 조절을 반복해서 수행해야 할 때 조절 사이의 기간이다.
본 발명에 따른 제어부(500)에는 현재 분사되는 보조 원료유 유량 세팅값을 저장하고 이를 기존 유량이라 정의할 수 있다.
상기 제어부(500)는 상기의 촬영 유량을 설정한다.
이어 유량 측정기(470)를 사용하여 보조 원료유의 유량 감소 및 촬영 유량 에 도달하는 지를 확인할 수 있다.
상기 제어부(500)는 유량 측정기(470)를 통해 보조 원료유 유량 측정값을 전달 받고, 전달 받은 보조 원료유 유량 측정값이 상기 촬영 유량에 도달하는지 확인한다.
여기서 보조 원료유 유량 측정값은 일정의 범위를 가질 수 있고, 상술한 전달 받은 보조 원료유 유량 측정값이 촬영 유량의 오차 범위 내에 포함되면, 촬영 유량에 도달한 것으로 판단할 수 있다.
예컨대 도달 유지 시간은 3초, 도달 만족 범위를 상기 촬영 유량 기준 ±10% 범위라고 하는 경우, 3초 연속 "촬영 유량"×0.9 ≤ 보조 원료유 유량 측정값 ≤ "촬영 유량"×1.1 조건을 만족하면 "촬영 유량"에 도달하였다고 판단할 수 있다.
그리고 제어부(500)는 상기 보조 원료유의 유량 측정값이 상기 촬영 유량에 이르면, 영상 취득부(410)를 통해 원료유 분사 영상을 취득하도록 제어할 수 있다.
이어 제어부(500)는 상기 촬영 대기 시간 동안 영상 취득부(410)의 구동을 대기시킨다.
그리고 상기 제어부(500)는 보조 원료유 유량을 상기 기존 유량으로 설정한다.
즉 제어부(500)는 촬영 대기 시간 후 보조 원료유 유량 설정값을 상기 기존 유량으로 설정하여 보조 원료유 유량을 기존 운전값으로 복원할 수 있다.
그리고 제어부(500)는 상술한 과정을 반복하여 보조 원료유의 유량 조절 주기를 분석하고, 분석 주기 간격으로 반복하여 영상을 취득하도록 할 수 있다.
즉 본 발명에서는 보조 원료유의 분사 유량을 제어하여 화염이 관측 경로에서 벗어나도록 하고, 이때 원료유 분사 영상을 취득하도록 하고, 판단부를 통해 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 원료유 분사 모니터링 유니트에 동영상 취득부가 더 연결되는 예를 보여주는 블록도이다.
도 9를 참조 하면 본 발명에 따른 원료유 분사 모니터링 유니트(400)는 원료유 분사 동영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 동영상 취득부(480)와, 상기 영상 취득부(410)와 상기 동영상 취득부(480) 중 하나 또는 둘의 구동을 선택하는 선택부(490)를 포함할 수 있다.
상기 선택부(490)를 통해 상기 동영상 취득부(480)의 구동이 선택되는 경우, 상기 판단부(450)는 취득된 상기 원료유 분사 동영상에서 상기 간섭 영상이 존재하는 영상을 제외하여 보정된 원료유 분사 동영상으로 형성한다.
이어 판단부(450)는 상기 보정된 원료유 분사 동영상을 다수의 보정된 원료유 분사 영상으로 형성한다.
그리고 판단부(450)는 상기 다수의 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들과 상기 기설정된 기준 판별 모델을 이루는 정상 원료유 분사 패턴을 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들(140) 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐(140)을 불량 노즐로 판단할 수 있다.
상기 구성을 참조 하면 선택부(490)를 통해 영상 취득부(410) 또는 동영상 취득부(480)를 사용하도록 할 수 있다.
선택부(490)를 통해 동영상 취득부(480)를 사용하는 경우, 제어부(500)는 동영상 취득부(480)를 통해 상술한 간섭 영상에 상관 없이 관측 경로를 따라 원료유 분사 노즐들(140)에 대한 원료유 분사 동영상을 미리 설정된 시간 동안 취득할 수 있다.
그리고 동영상 취득부(480)는 취득된 원료유 분사 동영상을 제어부(500)를 통해 판단부(450)로 전송할 수 있다.
상기 판단부(450)는 전송된 원료유 분사 동영상에서 관측 경로 상에 화염이 포함되는 영상만을 제외하여 보정된 원료유 분사 동영상을 형성한다.
그리고 보정된 원료유 분사 동영상을 다수의 정지 영상으로 형성할 수 있다. 상기 정지 영상은 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들일 수 있다.
그리고 판단부(450)는 다수의 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들과 상기 기설정된 기준 판별 모델을 이루는 정상 원료유 분사 패턴을 비교한다.
이어 판단부(450)는 다수의 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들이 상기 기설정된 기준 판별 모델을 이루는 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 경우, 해당 원료유 분사 노즐을 불량으로 판단하고, 이에 대한 정보를 제어부(500)로 전송할 수 있다.
이를 통해 본 발명에서는 연속적으로 원료유 분사 동영상을 취득한 후, 화염이 존재하는 영상만을 제외하여 정상 원료유 분사 패턴에서 벗어나는 분사 패턴을 갖는 노즐의 유무를 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 다른 예에서는 보조 원료유의 분사 유량을 제어하지 않고도 연속적인 동영상을 촬영함을 통해 불량 노즐을 검출할 수 있다.
한편 도면에 도시되지는 않았지만 본 발명에 따른 가시창은 상기 보조 원료유 분사 노즐의 축선을 중심으로 하여 일정의 원의 궤적을 이루는 경로를 따라 간격을 이루어 다수로 형성되고, 상기 다수로 형성되는 가시창 각각에는, 상기 영상 취득부가 다수를 이루어 각각 설치될 수도 있다.
상기의 구성들 및 작용에 따라 본 발명은 반응로 내부에서 보조 원료유의 연소로 인하여 형성된 관측 간섭을 최소화하여 원료유 분사 영상을 취득하고, 상기 원료유 분사 영상을 이미지 처리하여 원료유 분사 패턴의 양불을 판단할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 원료유 분사 패턴이 불량을 이루는 경우 패턴 불량을 발생시키는 원료유 분사 노즐을 선별하여 유지 보수를 이루도록 할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 반응로
110 : 가시창
120 : 보조 원료유 분사 노즐
130 : 연결관
140 : 원료유 분사 노즐
200 : 보조 원료유 공급부
300 : 원료유 공급부
310 : 원료유 공급 라인
400 : 원료유 분사 모니터링 유니트
410 : 영상 취득부
420 : 간섭 영상 인식부
430 : 원료유 영상 취득 조건 설정부
440 : 보조 원료유 유량 조절부
450 : 판단부
460 : 저장부
470 : 유량 측정기
480 : 동영상 취득부
490 : 선택부
500 : 제어부

Claims (14)

  1. 원료유 분사 영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 영상 취득부;
    상기 관측 경로 상에 보조 원료유의 연소로 인해 형성되는 화염으로 인한 간섭 영상의 존재를 인식하는 간섭 영상 인식부;
    상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 원료유 영상 취득 조건 설정부;
    기설정된 시점에서 상기 원료유 영상 취득 조건을 만족하도록 상기 보조 원료유의 공급되는 유량을 조절하는 보조 원료유 유량 조절부; 및,
    기설정된 검사 시기에 따라 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건에 해당되는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원료유 영상 취득 조건 설정부는,
    상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 상기 원료유 분사 영상을 다수로 취득하고,
    다수로 취득된 상기 원료유 분사 영상에 대한 이미지 데이터를 평균 처리하여 상기 간섭 영상으로 인한 노이즈를 일정 수준 이하를 이루도록 하여 상기 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원료유 분사 영상은,
    중공을 이루는 관 내주에 원주를 따라 간격을 이루어 배치되는 상기 원료유 분사 노즐들로부터 분사되는 원료유 분사 패턴을 포함하고,
    상기 기준 판별 모델은, 정상 원료유 분사 패턴을 포함하고,
    상기 판단부는,
    상기 원료유 분사 패턴을 상기 정상 원료유 분사 패턴과 비교하고,
    상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트.
  4. 제 1항에 있어서,
    취득되는 상기 원료유 분사 영상은 정지 영상인 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트는,
    원료유 분사 동영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 동영상 취득부와,
    상기 영상 취득부와 상기 동영상 취득부 중 하나 또는 둘의 구동을 선택하는 선택부를 포함하고,
    상기 선택부를 통해 상기 동영상 취득부의 구동이 선택되는 경우,
    상기 판단부는,
    취득된 상기 원료유 분사 동영상에서 상기 간접 영상이 존재하는 영상을 제외하여 보정된 원료유 분사 동영상으로 형성하고,
    상기 보정된 원료유 분사 동영상을 다수의 보정된 원료유 분사 영상으로 형성하고,
    상기 다수의 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들과 상기 기설정된 기준 판별 모델을 이루는 정상 원료유 분사 패턴을 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트.
  6. 제 1항의 원료유 분사 모니터링 유니트를 사용한 원료유 분사 모니터링 방법.
  7. 내부 공간을 갖고, 일단에 가시창이 형성되고, 타단에 중공 형상의 연결관을 포함하는 반응로;
    상기 반응로의 일단에 설치되며, 상기 반응로 일단측 내부 공간에 보조 원료유를 공급하여 화염을 형성하는 보조 원료유 분사 노즐;
    상기 연결관의 내주에서 원주 방향을 따라 일정 간격을 이루어 배치되며, 상기 중공의 중심을 향해 원료유를 분사하는 원료유 분사 노즐들;
    상기 화염에 의한 간섭 영상을 일정 수준 이하를 이루도록 상기 보조 원료유의 분사 유량을 제어하여 상기 가시창을 통해 상기 원료유 분사 노즐들로부터 분사되는 원료유 분사 영상을 취득하고, 상기 취득된 원료유 분사 영상과 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하는 원료유 분사 모니터링 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 원료유 분사 모니터링 유니트는,
    상기 원료유 분사 영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 영상 취득부와,
    상기 관측 경로 상에 보조 원료유의 연소로 인해 형성되는 화염으로 인한 상기 간섭 영상의 존재를 인식하는 간섭 영상 인식부와,
    상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 원료유 영상 취득 조건 설정부와,
    기설정된 시점에서 상기 간섭 영상이 상기 원료유 영상 취득 조건을 만족하도록 상기 보조 원료유의 공급되는 유량을 조절하는 보조 원료유 유량 조절부와,
    기설정된 검사 시기에 따라 상기 설정된 원료유 영상 취득 조건에 해당되는 상기 원료유 분사 영상을 기설정된 기준 판별 모델과 비교하여 원료유 분사 노즐들의 양불을 판단하는 판단부를를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 원료유 분사 영상은,
    상기 원료유 분사 노즐들로부터 분사되는 원료유 분사 패턴을 포함하고,
    상기 기준 판별 모델은, 정상 원료유 분사 패턴을 포함하고,
    상기 판단부는,
    상기 원료유 분사 패턴을 상기 정상 원료유 분사 패턴과 비교하고,
    상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    취득되는 상기 원료유 분사 영상은 정지 영상인 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 원료유 분사 모니터링 유니트는,
    원료유 분사 동영상을 기설정된 관측 경로를 따라 취득하는 동영상 취득부와,
    상기 영상 취득부와 상기 동영상 취득부 중 하나 또는 둘의 구동을 선택하는 선택부를 포함하고,
    상기 선택부를 통해 상기 동영상 취득부의 구동이 선택되는 경우,
    상기 판단부는,
    취득된 상기 원료유 분사 동영상에서 상기 간접 영상이 존재하는 영상을 제외하여 보정된 원료유 분사 동영상으로 형성하고,
    상기 보정된 원료유 분사 동영상을 다수의 보정된 원료유 분사 영상으로 형성하고,
    상기 다수의 보정된 원료유 분사 영상을 이루는 원료유 분사 패턴들과 상기 기설정된 기준 판별 모델을 이루는 정상 원료유 분사 패턴을 비교하여 상기 원료유 분사 노즐들 중, 상기 정상 원료유 분사 패턴과 상이한 분사 패턴을 이루는 원료유 분사 노즐을 불량 노즐로 판단하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 설정된 원료유 영상 취득 조건을 이루는 상기 보조 원료유의 공급되는 유량은 일정 범위의 유량을 형성하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조 장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 보조 원료유 분사 노즐의 축선과 상기 연결관의 중심축선은 서로 동일 선 상을 이루고,
    상기 가시창은,
    상기 보조 원료유 분사 노즐의 축선을 중심으로 하여 일정의 원의 궤적을 이루는 경로를 따라 간격을 이루어 다수로 형성되고,
    상기 다수로 형성되는 가시창 각각에는, 상기 영상 취득부가 다수를 이루어 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 원료유 영상 취득 조건 설정부는,
    상기 간섭 영상이 설정된 수준 이하를 이루도록 상기 원료유 분사 영상을 다수로 취득하고,
    다수로 취득된 상기 원료유 분사 영상에 대한 이미지 데이터를 평균 처리하여 상기 간섭 영상으로 인한 노이즈를 일정 수준 이하를 이루도록 하여 상기 원료유 영상 취득 조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트.
KR1020220187966A 2022-12-28 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치 KR20240105099A (ko)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240105099A true KR20240105099A (ko) 2024-07-05

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3531114B1 (en) Visual inspection device and illumination condition setting method of visual inspection device
US10890537B2 (en) Appearance inspection device, lighting device, and imaging lighting device
JP2011080754A (ja) 燃焼機器制御のための画像センシングシステム、ソフトウェア、装置、及び方法
TW201702586A (zh) 光學薄膜缺陷辨識方法及其系統
TWI480562B (zh) 太陽能電池單元的檢查裝置
JPH06220789A (ja) 黒液回収炉の監視及び制御に使用するための方法および装置
US10378957B2 (en) System and method for measuring coal burner flame temperature profile using optical device
CN112747864A (zh) 基于智能视觉的酒糟自动上料方法及其系统
CN115165886A (zh) 基于视觉的织物阻燃整理质量检测方法
KR20240105099A (ko) 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 유니트 및 카본 블랙 제조용 원료유 분사 모니터링 방법, 카본 블랙 제조 장치
JP4530429B1 (ja) Ｌｅｄ検査方法及びｌｅｄ検査装置
US7829343B2 (en) Method and device for determining the smoke point of hydrocarbons
US20210239633A1 (en) Method and device for estimating outer surface temperature of radiant coil of cracking furnace for ethylene production and ethylene producing device
WO2011004396A1 (en) Temperature determination of a visible heat source using digital camera
Baek et al. Flame image processing and analysis for optimal coal firing of thermal power plant
CN214173650U (zh) 基于智能视觉的酒糟自动上料装置
CN116828150A (zh) 一种在线监测燃烧器火焰稳定性的装置及方法
CN106033062B (zh) 用于光学检测的自动调光方法及其光学检测机台
KR100773584B1 (ko) 영상을 이용한 조명 제어 방법
GB2390675A (en) Flame characteristic monitor using digitising image camera
Rotter et al. Image-based analysis of the symmetry of the glass melting process
KR102243545B1 (ko) 버너존 점화 상태 분석 시스템 및 그 방법
JPH1133772A (ja) 火口又はノズルの検査方法及び検査装置
JP2007205873A (ja) 塗膜形成ムラ検査装置
KR100240228B1 (ko) H.s.i 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치