KR960015048B1 - 자유낙하물체의 크기 또는 형상을 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

자유낙하물체의 크기 또는 형상을 측정하는 방법 및 장치

본 발명은 자유낙하물체 특히 액체 또는 용융유리와 같은 반액체(semiliquid)로 된 액적의 크기 또는 형상을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 주로 자유낙하하는 용융유리액적의 크기와 형상을 측정할 목적으로 개발된 것이나, 기타 낙하물체의 크기와 형상을 측정하는데 적용될 수도 있다.

유리그릇 등의 자동제조에서 제품은 낙하장치를 통해 주형에 공급되는 용융유리를 가지고 만든다. 1000-1100℃의 용융유리는 용융유리 공급로 또는 탱크바닥의 노즐을 통해 생산하고자하는 제품에 따라 적당한 길이 예를 들어 75-150㎜로 잘라져 적하된다. 낙하장치는 용융유리를 이동하는 각각의 주형에 순차적으로 떨어뜨려 이동하는 빈주형의 용융유리로 차례차례 채워지게 한다. 보통 용융유리는 노즐을 통해 매초당 2-3개의 용융유리액적으로 적하된다. 이와 같은 방식의 유리제품 제조에 있어서 낙하하는 용융유리액적의 형상, 부피 및 온도는 최종제품의 품질에 막대한 영향을 끼친다. 이러한 파라미터들이 제품품질에 다양하게 영향을 끼침에도 불구하고 현재까지 이러한 파라미터들, 특히 낙하하는 용융유리액적의 형상 및 부피를 측정할 수 있는 기기나 장치는 전혀 없었다. 따라서 이제까지 유리제품의 자동제조에서 제어를 직관으로 행하였기 때문에 제품의 균일성을 유지하기 곤란하였으며 또한 양호한 결과를 가져다 주는 것으로 밝혀진 제조방법을 실현하기 곤란하였다.

그러므로 본 발명의 목적은 자유낙하하는 용융유리액적 및 기타물체의 형상 또는 크기를 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 방법 및 장치의 특징은 각각의 청구범위에 발표된다.

이제 첨부도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따르는 장치를 개략적으로 도시하며, 제2도는 제1도의 직각방향에서 보이는 제1도 장치의 개략도이다. 그리고 제3도는 자유낙하하는 물체의 형상 및 부피를 측정하는 본 발명의 방법을 개략적으로 도시한 것이다.

상기 도면들은 본 발명을 이용하여 자유낙하하는 용융유리액적의 형상 및 부피를 측정하는 것을 도시한 것이다.

제1도에는 화살표로 표시되는 낙하방향(2)으로 낙하하는 용융유리액적(1)이 개략적으로 도시되는데 여기서 낙하중의 용융유리액적(1)은 두곳의 서로 다른 위치에 대응하여 각각 실선과 점선으로 표시된다. 또한 제1도에는 본 발명 장치에 구비되는 광학기구(3) 또는 시스템이 개략적으로 도시되는데, 이 광학기구(3)는 순간적으로 포착되는 용융유리액적(1)의 부분을 화면(또는 투사면)(4)에 비춘다. 여기서 광학기구는 용융유리액적(1)의 낙하방향(2)으로 일정거리(s)를 두고 간격진 두 위치(5)(6) 사이에서 순간적으로 포착되는 용융유리액적(1)의 부분을 약간 더 크게 화면(4)에 비추도록 설계된다. 또한 도시된 장치는 두 위치(5)(6) 사이의 거리(s)와 동일한 거리로 상호 간격 위치한 각각의 가늘고 긴 측정슬로트(7a)(8a)(제2도 참조)뒤에 위치하는 두 개의 방사검출기(7)(8)(이하 "2개의 광다이오드"라 함)를 구비한다. 두개의 광 다이오드(7)(8) 사이의 중앙에는 화면(4)내에 위치하는 가늘고 긴 측정슬로트(9a)(제2도 참조)의 뒤에 인접 배치되는 다수의 광다이오드로 구성된 가늘고 긴 다이오드어레이(9)가 배치된다. 다이오드어레이(9)와 측정슬로트(9a)는 화면(4)에 투사된 용융유리액적(1)의 상의 전폭이 측정슬로트(9a) 및 다이오드어레이(9)의 내부에 드는 것을 확실하게 보장하는 길이범위를 갖는다. 두 개의 광다이오드(7)(8)와 다이오드어레이(9)가 접속되는 제어연산유니트(10)의 구성과 조작방법은 후술된다.

낙하하는 용융유리액적(1)의 하단이 위치(5)에 도달하면 광다이오드(7)로부터의 출력신호의 특성이 바뀌며, 조금뒤에 용융유리액적(1)의 하단이 위치(6)에 도달하면 광다이오드(8)에서의 출력신호의 특성이 바뀐다. 광다이오드(7)(8)로부터의 출력신호가 제어연산유니트(10)에 입력되면, 이 제어연산유니트(10)는 상기 광다이오드(7)(8)로부터의 출력신호 변화들 사이의 시간차를 계산하고 이 시간차와 위치(5)(6) 사이의 기지의 거리(s)에 기초하여 용융유리액적(1)이 위치(5)에서 위치(6)로 이동하는데 소요되는 시간동안의 평균속도를 식v₁=s/t₁에 따라 계산한다.

위 식에서 t₁은 용융유리액적(1)의 하단이 위치(5)에서 위치(6)로 이동하는데 소요되는 시간을 다이오드를 이용하여 측정한 시간이고, v₁은 상기한 평균속도(이후로는 용융유리액적 진입속도(drop entry speed)라 칭함)이다. 이 속도는 위치(5)와 위치(6) 사이의 위치, 즉 다이오드어레이(9)가 위치하는 위치를 용융유리액적(1)이 통과하는 순간의 용융유리액적 속도와 거의 같다.

제어연산유니트(10)는 낙하하는 용융유리액적(1)이 다이오드어레이(9)의 위치를 통과하는데 소요되는 전체시간동안 일정한 시간간격에서 다이오드어레이(9)를 주기적으로 주사하도록 구성된다. 이러한 주사처리는 예를 들어 용융유리액적(1)의 하단이 위치(5)에 도달하여 광다이오드(7)의 출력신호의 특성이 바뀔 때 자동적으로 개시될 수 있고, 용융유리액적(1)의 상단의 위치(6)에 도달하여 광다이오드(8)로부터의 출력신호의 특성이 재차 바뀔 때 자동적으로 중단될 수 있다.

다이오드어레이(9)의 각 주사는 주사처리중에 용융유리액적(1)의 낙하거리가 0.3㎜이하가 되도록 신속하게 발생하여야 한다. 다이오드어레이(9)의 주사는 어레이가 다수의 다이오드를 구비하고 있다하더라도 예를 들어 어레이를 평행하게 주사되는 다수의 부분들로 분할하는 것에 의하여 신속하게 실행될 수 있다. 서로 인접한 두 주사 사이의 시간간격은 용융유리액적이 어레이(9)의 서로 인접한 두 주사 사이에서 낙하하는 거리가 약 -2㎜이하가 되도록 짧아야 한다. 이 시스템의 해상도 및 측정정밀도는 어레이내의 다이오드수가 많을수록, 다이오드어레이의 주사가 빠를수록, 그리고 서로 인접한 두 주사 사이의 시간 간격이 짧을수록 점점 더 향상된다.

다이오드어레이(9)의 주사중에 화면(4)에 투사된 용융유리액적(1)의 상 내부에 위치한 다이오드로부터의 출력신호의 특성, 즉 신호레벨은 상 외부에 놓인 그러한 다이오드로부터 발생한 출력신호의 특성과 다르다.

제어연산유니트(10)는 용융유리액적(1)의 상 내부에 놓인 어레이(9)내의 다이오드로부터의 출력신호들만이 입력하도록 구성시키는 것이 바람직하다. 이러한 다이오드들의 수가 화면(4)에 투사된 용융유리액적(1)의 폭의 직접 측정을 성립시킨다는 것을 알 수 있을 것이다. 만일 용융유리액적의 단면이 원형이라면, 이렇게 측정한 폭은 용융유리액적의 직경이 될 것이다. 어레이(9)의 광다이오드로부터 수신된 출력신호와 주사위치에서 용융유리액적의 폭 또는 직경에 관한 정보는 제어연산유니트(10)내의 메모리장치(RAM이 적당함)에 유리하게 기억된다.

즉, 다이오드어레이(9)이 주기적 주사중에 용융유리액적(1)이 어레이(9)를 통과하면 제3도에 도시되는 바와 같이 용융유리액적의 길이를 따른 각각의 위치에서 폭 또는 직경값이 연속적으로 얻어지며, 그 번호순서는 n=1,2,3 등으로 표시되고, 이에 대응하는 폭 또는 직경값은 d₁,d₂,d₃등으로 표시된다.

다이오드어레이(9)의 각각의 주사로 상기 어레이(9)내의 다이오드중의 용융유리액적(1)의 투사상 내부에 위치한 어레이의 일단에서 보이는 제1다이오드를 설정할 때 또한 유리하다. 이것은 수평방향에서의 상의 위치와 용융유리액적(1)의 위치에 관한 정보를 제공한다. 이 정보는 제3도에 r₁,r₂,r₃등으로 표시되며, 제어연산유니트(10)내의 램에 기억된다.

용융유리액적(1)으로부터 얻은 상기한 측정치들은 모두 제어연산유니트(10)내의 램에 직접 액세스식으로 기억되므로 제어연산유니트(10)내의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의한 제한없이 주사 및 램으로의 데이터 전송을 고속으로 할 수 있다.

전술한 바와 같이 이 정보는 용융유리액적(1)의 하단이 위치들(5)(6) 사이 즉 거리(s)를 통과하는데 소요되는 시간(t₁), 임의정보를 제공한 다이오드어레이의 주사수(n), 어레이(9)의 각 주사에서 용융유리액적(1)의 폭 또는 직경(d_n) 및 어레이(9)의 각 주사에서 용융유리액적(1)의 수평위치(r_n)으로 구성된다.

제어연산유니트(10)는 각각의 폭 또는 직경값들 사이의 거리 즉 용융유리액적(1)의 낙하방향 또는 길이방향에서의 거리를 상기한 정보를 기초로 하여 계산하도록 구성된다. 이 거리는 제3도에 h₁,h₂,h₃등으로 지시된다. 이 거리는 용융유리액적(1)이 다이오드어레이(9)의 서로 인접한 두 주사 사이에서 낙하하는 거리에 상당하는 것을 알아야 한다. 제어연산유니트(10)는 다음식에 의거하여 이러한 낙하거리를 계산한다.

위 식에서, n은 당해 실제 어레이 주사의 번호이고, t는 서로 인접한 두 주사 사이의 시간 간격이고, a는 중력가속도 9.81㎨이며, v는 식 v₁=s/t₁에 의해 전술한 방식으로 계산되는 용융유리액적(1)의 진입속도이다.

제어연산장치(10)는 이러한 데이터를 가지고 용융유리액적(1)의 전체부피를 계산할 수 있다.

즉, 각 직경에 대하여 특정직경 d_n와 이 직경에 후속하는 직경까지의 높이(h_n)를 가진 원통의 부피(vol_n)를 식

에 의거하여 계산하고, 모든 원통에 대한 부피를 식

에 따라 합산하여서 용융유리액적(1)의 전체부피를 계산한다.

전장 또는 전체높이(h_tot)는 모든 높이를 식

에 따라 합산하는 것에 의하여 얻어질 수 있다.

제어연산유니트(10)는 용융유리액적(1)에 관한 원하는 정보를 표시하거나 프린트하는 디스플레이스크린 또는 프린터 형태의 디스플레이유니트(11)에 접속된다. 이렇게 함으로써 용융유리액적(1)의 형상을 제3도에 도시되는 바와 같이 나타내거나 도시하는 것이 가능하다.

앞서 용융유리액적의 단면형상을 원형으로 가정하였으나, 만약 이러한 가정이 실제와 어느정도 차이나면 추가로 관련 광학기구를 구비한 다이오드어레이를 설치하여 제1다이오드어레이의 주사방향에 수직인 방향으로 용융유리액적으로 주사하도록 할 수 있다. 이와 같이 다이오도어레이를 설치하면 각각의 다이오드어레이를 동시에 주사시켜 서로 수직인 2종의 용융유리액적의 폭값을 얻을 수 있게 되므로 용융유리액적의 단면형상이 완전한 원형이 아니더라도 허용가능한 수준의 정밀도로 용융유리액적의 부피를 계산할 수 있게 된다.

약 1000-1100℃의 용융유리액적을 측정하는 경우에는 실제 용융유리액적 자체가 발산하는 발광으로 다이오드(7)(8)와 광다이오드어레이(9)를 작동시킬 수 있으므로, 추가적 조명이 필요하지 않게 된다.

비록 본 발명이 주로 상술한 바와 같이 낙하하는 용융유리액적의 크기 및 형상을 측정하기 위하여 개발된 것이나, 일반적으로 본 발명은 자유낙하하는 물체가 어떠한 것이라도 크기, 형상 또는 위치를 측정하는데 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 후자의 경우에는 목적물을 조명하는 것이 필요할 때도 있다. 이러한 조명은 광학시스템의 위치에 관하여 설명된 바와 같이 목적물의 정면 또는 배면을 비추는 것에 의하여 달성될 수 있다.

Claims (10)

1. 자유낙하하는 물체, 특히 액체 또는 용융유리와 같은 반액체물질로 된 액적의 형상 또는 크기를 측정하는 방법에 있어서, 낙하물체(1)의 낙하경로(2)를 따라 일정거리 떨어져 위치한 두곳의 위치(5)(6)에서 낙하물체(1)의 일단을 광학적으로 검출하여 두 검출 사이의 시간차를 측정하고, 두곳의 검출위치 사이를 낙하물체(1)의 검출단부가 낙하할 때의 속도를 상기 시간차와 두 곳의 검출위치 사이의 거리(s)로부터 계산하며, 낙하물체(1)가 검출위치들 사이를 통과하는 중에 검출위치들 사이에서 매순간에 위치하는 낙하물체의 부분을 낙하물체의 낙하방향에 횡으로 연장하는 다수의 서로 인접한 방사검출기로 된 가늘고 긴 어레이(9)상에 적시에 투사하고, 낙하물체가 어레이를 통과하는 중에 일정한 시간간격으로 상기 어레이(9)를 주기적으로 다수회 주사하고, 주사중에 어레이상에 투사된 낙하물체의 상에 의해 커버되는 어레이내의 검출기의 수에 대한 어레이의 각각의 주사로부터 얻어진 정보와 낙하물체의 폭에 관한 정보를 보존하고, 상기 계산된 속도와 상기 일정한 시간간격으로부터 어레이(9)의 서로 인접하는 주사 사이에서 낙하물체가 낙하하는 거리를 계산하며, 상기 폭과 상기 낙하거리를 이용하여 낙하물체의 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 낙하물체의 형상 또는 크기를 측정하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 어레이(9)의 각각의 주사로부터 어레이내의 방사검출기(7)(8)가 어레이(9)상에 투사된 낙하물체상의 일단에 위치하는 것을 표시하는 정보와 당해 주사의 순간에서 낙하물체의 수평위치를 표시하는 정보를 보존하고, 매 주사의 순간에서 낙하물체의 폭과 수평위치에 관한 상기 정보와 서로 인접하는 주사 사이에서 낙하물체의 상기 계산된 낙하거리를 이용하여 투사면내의 낙하물체의 윤곽을 작도하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 낙하물체(1)는 액체 또는 용융유리와 같은 반액체물질의 액적이고, 액적의 부피는 각각의 상기 폭에 대하여 상기 폭을 직경으로 하고 당해 폭에 해당하는 어레이주사와 이 주사에 시간적으로 제일 가까운 주사 사이에서 계산된 낙하거리를 높이로 하는 원통의 부피를 계산하고, 모든 폭에 대하여 계산된 부피를 합산하여 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기한 상의 투사방향의 직각방향에서 낙하물체의 상을 상기 제1어레이(9)와 같은 높이에서 거기에 직각으로 설치되며 상호 인접한 방사검출기들로 되는 추가적인 제2어레이상에 투사하고, 상기 제1어레이와 동일한 방식으로 제2어레이를 주사하고, 그 결과 얻어진 정보를 상기 제1어레이를 주사할 때 얻어지는 정보에 대응하는 방식으로 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 자유낙하물체(1), 특히 액적 또는 용융유리와 같은 반액체물질로 된 액적의 형상 또는 크기를 측정하는 장치에 있어서, 낙하물체의 낙하경로를 따라 서로 거리(s)를 두고 위치하여 낙하물체를 탐지하고 낙하물체의 일단이 다다르면 특성출력신호를 발하는 두 개의 방사검출기(7)(8)와 상기 두 개의 방사검출기(7)(8) 사이에서 낙하물체(1)의 낙하방향(2)에 횡방향으로 설치되는 다수의 상호 인접하는 방사검출기로 된 가늘고 긴 어레이(9)와 순간적으로 어레이(9)와 대향하는 위치에 도달하는 낙하물체 부분의 상을 어레이(9)상에 투사하는 광학기구(3)로서 두개의 방사검출기(7)(8) 사이의 거리(s)에 기초하여 낙하물체(1)가 상기 방사검출기를 통과할 때의 낙하속도를 계산하고, 일정한 시간 간격으로 상기 어레이(9)를 주기적으로 주사하여 상기 어레이(9)로부터 상기 어레이(9)내의 방사검출기와 주사 중에 어레이 상에 투사되고 낙하물체상에 내부에 위치하였음을 표시하는 출력신호를 받고, 어레이(9)의 각각의 주사로 낙하물체의 투사상 내부에 위치하는 방사검출기의 수를 설정함과 동시에 상과 낙하물체의 폭을 설정하고, 각각의 주사 사이에서 낙하물체가 낙하하는 거리를 설정된 낙하속도와 어레이(9)의 주사 사이의 상기 일정한 시간간격에 기초하여 계산하며, 각각의 주사에서의 낙하물체의 폭과 낙하물체가 각각의 주사 사이를 낙하하는 상기 거리에 기초하여 낙하물체의 크기 또는 형상을 측정하는 제어연산유니트(10)로 구성되는 것을 특징으로 하는 낙하물체의 형상 또는 크기를 측정하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 제어연산유니트(10)는 어레이(9)의 각각의 주사로 상기 어레이(9)의 검출기중의 낙하물체(1)의 투사상 내부에 위치한 어레이의 일단에서 보이는 제1검출기를 설정함과 동시에 당해 주사중에 상과 낙하물체의 수평위치를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제어연산유니트(10)는 상기 두 개의 방사검출기(7)(8) 및 어레이(9)로부터의 출력신호를 받아 신호의 후속처리를 위하여 직접 액세스 식으로 기억시키도록 구성된 램을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제어연산유니트(10)에 접속되어 낙하물체의 크기 또는 형상에 관하여 측정되고 계산된 데이터를 표시 또는 프린트하기 위한 디스플레이스크린 또는 프린터 형태의 디스플레이유니트(11)를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 디스플레이유니트(11)는 제어연산유니트(10)로부터의 제어명령에 응하여 광학장치의 투사면에서의 낙하물체의 윤곽을 그래픽하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1어레이(9)와 같은 높이에서 거기에 직각으로 설치되는 다수의 상호 인접한 방사검출기로 되는 제2어레이를 구비하고, 상기 제2어레이에는 상기 제1광학기구(3)의 투사방향에 수직인 방향으로 상기 제2어레이상에 낙하물체(1)의 상을 투사하는 관련 광학기구가 설치되며, 제어연산유니트(10)는 또한 제1어레이(9)와 동일한 방식으로 상기 제2어레이를 주사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.

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