KR970005501B1

KR970005501B1 - 화상처리를 이용한 무접촉식 입도측정장치

Info

Publication number: KR970005501B1
Application number: KR1019930010998A
Authority: KR
Inventors: 조병국; 양홍직; 김성완
Original assignee: 박득표; 포항제철종합제철주식회사; 백덕현; 재단법인산업과학기술연구소
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1997-04-16
Also published as: KR950001300A

Abstract

내용없음.

Description

화상처리를 이용한 무접촉식 입도측정장치

제1도는 종래의 화상처리기술을 이용한 무접촉식 입도계측장치의 개략도.

제2도는 본 발명의 개략도.

제3도는 본 발명을 소결원료의 측정에 적용한 경우의 개략도.

제4도는 본 발명을 이용한 입도계측순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 분체 2 : 분체저장조

3 : 분체 연속공급기 4 : 조명1

5 : 필터1 6 : 조명2

7 : 필터2 8 : 줌렌즈1

9 : CCD카메라 1 10 : 줌렌즈2

11 : CCD 카메라 2 12 : 화상처리장치

13 : 소결완료 14 : 가이드판

15 : 벨트 컨베어 16 : 제거판

17 : 진동분산판 18 : 클리너

19 : 소결원료 수송컨베어

본 발명은 광학적인 방법인 화상처리기술을 이용하여 분체의 입경분포(이하, 입도라 한다)를 무접촉식, 연속적으로 측정할 수 있는 입도측정장치에 관한 것이다.

분체를 원료로 하는 공정에 있어서, 분체의 물리적 특성중 입자의 입도분포는 최종제품의 품질에 큰 영향을 미친다. 따라서, 품질이 우수한 제품을 제조하기 위해서는 입자의 입도분포를 정확히 연속적으로 측정하는 것이 선행되어야 한다.

체질법등의 종래방법으로는 연속처리공정의 경우 입자의 입도분포를 연속적으로 측정하기는 어렵다.

최근, 분체의 입도를 정확히 계측할 수 있는 장치등에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

연구결과 입자의 입도분포를 무접촉식으로 측정하기 위한 장치들이 제안되었는데, 그 예로서 마이크로웨이브를 이용한 것, 초음파를 이용한 것, 와전류를 이용한 것, 광학적 방법인 화상처리기술을 이용한 것등을 들 수 있다. 그러나, 마이크로웨이브, 초음파 또는 와전류를 이용한 방법에 있어서는, 계측 결과가 분체 자체의 특성 및 주변환경의 영향을 많이 받으므로, 특정한 분체를 측정대상으로 하는 특수용도로만 사용되고 있다.

제1도는 종래 일반적으로 사용되고 있는, 화상처리기술을 이용한 연속입도 계측장치를 도시한 것이다. 제1도에서 1'은 분체이고, 2'는 분체저장조, 3'은 분체연속공급기, 4'는 조명장치, 9'는 고속 CCD 카메라, 12'는 화상처리장치이다. 이 장치에 의하여, 계측하는 정도는 입자영상의 선명도와 처리분해능(해상도)에 따라 다르다. 보통의 경우는 480×480의 화소의 분해능으로 영상을 구성하여 처리하는데 이 때 계측하고자 하는 입자의 입도범위가 넓을 경우 문제가 생긴다. 즉, 작은 입자를 포함하여 측정하기 위하여 확대할때는 계측되는 입자의 수가 적어서 계측치가 분체의 입도를 대표하는데에 문제점이 있으며, 이와 반대의 경우에는 작은 입자를 계측할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여는 정밀한 영상분해능을 갖는 처리기를 계측에 사용하여야 하는데, 이 처리기의 가격이 매우 비싸기 때문에 특수한 용도에 한정되어 사용할 수 밖에 없는 실정이다.

본 발명자는 종래의 화상처리기술을 이용한 무접촉시 입도측정장치의 결점을 해소하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은, 일반적인 화상처리 장치가 4개의 카메라의 영상을 입력받을 수 있다는 점에 착안하여, 고가의 화상처리장치를 장착하는 대신에 저렴한 CCD(Change Coupled Device) 카메라를 2대 이상 설치하여 측정농도를 높힌 입도 측정장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 설치비용이 저렴하고 구조가 복잡하지 아니하기 때문에 다양한 분야에 그 적용이 가능하나, 그 중에서도 가장 용이하게 적용할 수 있는 분야로서 제철소 소결공정을 들 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

본 발명은, 제2도에 나타난 바와 같이, 저장조(2) 내의 분체(1)를 연속적으로 공급하기 위한 연속공급기(3); 이 연속공급기(3)의 하부에 설치되어 상기 연속공급기(3)에 의해 공급되는 분체(1)에 조명을 부여하는 다수개의 조명장치(4),(6); 상기 조명장치(4),(6)와 각각 대응되게 일정한 거리를 두고 맞서 설치되어 낙하하는 분체를 촬영하도록 설치는 다수개의 CCD 카메라(9),(11); 및 상기 CCD 카메라(9),(11)에서 촬영된 영상을 받아 분체의 입도를 측정하는 화상처리장치(12)를 포함하여 분체의 입도를 연속적으로 측정하도록 구성되는 분체의 입도측정장치에 관한 것이다.

상기 조명장치(4),(6)에는 광원의 조도를 평활화하기 위한 필터(5),(7)를 내장시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 CCD 카메라(9),(11)는 서로 다른 배율을 가지며, 각각에는 줌랜즈(8),(9)가 구비되어 있다.

그리고, 제2도에서는 조명장치(4),(6) 및 CCD 카메라(9),(11)가 각각 2개씩 설치되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 3개 이상도 설치가능하다.

한편, 본 발명은 상기한 본 발명의 분체 입도 계측장치(100)를 사용하여 소결원료의 입도를 측정하는 소결원료 입도 측정장치를 제공한다.

즉, 본 발명의 소결원료 입도 측정장치(200)는 제3도에 나타난 바와 같이, 통상의 소결원료 수송컨베어(19)의 전면에 설치되어 수송되는 소결원료(13)의 일정량을 분할하는 가이드 판(14); 이 가이드판(14)에 의해 분할된 소결원료(13)를 상기한 입도계측장치(100)로 이송시키도록 구성되는 벨트 컨베어(15); 상기 벨트컨베어(15)상의 소결원료에 진동을 주어 소결원료를 분산시키도록 설치되는 진동분산판(17); 및 상기 벨트컨베어 (15)에 의해 이송된 소결원료의 입도를 계측하는 입도계측장치(100)를 포함하여 구성된다.

상기 소결원료 입도 측정 장치(200)에 있어서, 가이드 판(14)에 의해 분할되는 소결원료(13)의 너무 많은 양이 벨트 컨베어(15)상을 이동하는 경우 이 과량의 소결원료를 제거하기 위하여 소결원료(13)를 이송시키는 부위인 벨트 컨베어(15)의 상부벨트(15a)와 일정한 간격을 두고 그 상부에 제거판(16)을 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벨트 컨베어(15)의 하부 벨트(15b)의 저면 즉, 소결원료(13)를 이송시키는 위치에서는 상부 벨트(15a)의 상면이 되는 부분을 깨끗이 하도록 상기 하부 벨트(15b)의 저면에 클리너(18)를 설치하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 진동분산판(17)은 소결원료와 같이 점결력이 있는 분체의 경우 입자의 합체를 방지함으로써 입도를 보다 정확하고, 용이하게 측정할 수 있도록 해준다.

이하, 본 발명의 입도계측장치(100)를 사용하여 분체입도를 측정하는 방법을 상세히 설명한다.

일반적으로, 해상도(분해능) 480×480 화소로 이루어진 영상의 처리 능력을 갖는 화상처리장치를 이용하여 입도범위가 넓은 입자를 계측하려 할때 측정영역을 100×100mm로 하면 1화소의 길이는 0.2083mm이고, 80×80mm로 하면 1화소의 길이는 0.167mm, 또 60×60mm일때에는 0.125mm이다. 최소의 물체를 구성하고 이석이 영상잡음과 구별되기 위해서는 수직, 수평으로 2화소가 필요하다. 따라서 상기 3가지 경우, 즉 100×100mm, 80×80mm 및 60×60mm에 있어서 측정가능한 최소입경은 각각 0.42mm, 0.33mm 및 0.25mm가 된다. 이러한 수치는 가장 선명한 영상을 포착하였다는 것을 가정할때 단순히 화상처리 장치의 처리 능력에 의하여 발생하는 한계이다.

본 발명에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 제2도 및 제4도에서와 같이 입도가 큰 입자를 처리하기 위한 저배율 CCD 카메라(9)와 작은 입자를 위한 고배율 CCD 카메라(11)등 2조 이상의 영상계측기를 사용한다. 2조의 영상계측기를 사용할 경우 배율의 조정은, 측정가능한 최소크기를 실제 분체입도의 중간값이 되도록 제1카메라의 배율을 조절하고, 또 그 최소크기가 제2카메라에서의 최대 크기가 되도록 확대배율을 조절하여, 두 카메라(9)(11)에서 측정되는 입도중 특정입도가 동시에 측정가능하도록 한다.

이하, 저배율 카메라를 이용한 즉, 입경이 비교적 큰 입자의 측정을 위주한 과정(제1과정) 및 고배율 카메라를 이용한 즉, 입경이 비교적 작은 입자의 측정을 위주한 과정(제2과정)의 계측 방법에 대하여 제4도를 참조하여 설명한다.

입도 a-z(여기서, a는 분체의 최대입도, z는 분체의 최소입도)를 갖는 저장조(2) 내의 분체(입자)(1)를 연속 공급기(3)에 의해 낙하시키면서 이들 낙하분체들을 CCD 카메라(9)(11)로 동시 또는 일정시차로 신속하게 촬영하고 촬영된 아날로그 영상신호를 A/D 변환하여, 이들 디지탈 연상신호는 화상처리장치(12)내의 각각의 영상메모리 1,2에 저장한다.

그 다음, 화상처리장치(12)내의 입력장치에서는 저배율로 포착한 영상 메모리 1을 대상으로 영상을 선명화 및 잡음을 제거하는 등 영상을 사전처리하고 일정한 휘도를 기준으로 영상을 2치화(Binaryzation)한다. 이러한 2치 영상을 기준으로 측정영역의 경계부에 걸린것, 입자와 입자가 겹쳐 왜곡된 형상을 갖는 입자를 제외시켜 입자 영상을 실제화 한다. 이때 겹친 입자의 처리는 입자들의 형상계수 표준편차의 3배 이상의 물체를 제거하는 방법을 사용한다. 다음 개개 입자의 입경을 측정하고, 측정가능한 최소입자의 입도(이하, 최소입도(m)라 칭함)이하인 입자를 영상 잡음과 함께 제거하고 각 입도별 입자의 개수 및 평균입경을 계산 저장한다. 또 고배율로 포착한 영상 메모리 2를 이용하여 앞에서 설명한 절차를 반복하는데 다만 제1카메라에 처리하였던 최소 입도인 m입도 이상의 물체를 제거하여 동일과정으로 측정한다.

과정 1 : 입도 m보다 큰 입자의 입경 측정

입도 i에 속하는 입자 갯수 : N₁(i) (i= a∼m)

(N₁(i) = 제1과정의 입도 i 범위에 속하는 입자의 갯수)

입도 i에 속하는 입자들의 평균입경 :

(D₁(i) = 제1과정의 입도 i범위에 속하는 j입자의 입경)

(여기서, a : 입자의 최대입도,

m : 과정 1에서의 측정가능한 입자의 최소입도)

과정 2 : 입도 m보다 작은 입자의 입경 측정

입도 i에 속하는 입자갯수 : N₂(i) (i = m∼z)

(N₂(i) = 제1과정의 입도 i 범위에 속하는 입자의 갯수)

입도 i에 속하는 입자들의 평균입경 :

(D₂(i) = 제2과정의 입도 i범위에 속하는 j입자의 입경)

(여기서, z : 입자의 최소입도)

이러한 과정을 통하여, 제1과정의 경우는 충분한 입자의 갯수를 포함하나 계측 정밀도가 낮고 제2과정의 경우는 계측 정밀도는 높으나 분체를 대표할 수 있을 정도의 입자수를 확보하기 어려운 특성이 있다. 1,2과정의 처리를 거친 계산 데이타를 기준으로 제2과정에서 측정된 m입도 갯수를 제1과정에서 측정된 갯수로 환산하고 평균입경은 제2과정에서 측정된 것으로 변환하여 넓은 입경 모두에 대하여 정도 높은 계측 데이타를 얻을 수 있다. 이러한 제3과정을 설명하면 다음과 같다.

과정 3 : 전체분체의 입도 측정

1) m 입도보다 큰 입자의 처리(i = a∼l 입도 입자)

입도별 입자갯수 : N₁(i)

입도별 평균입경 :

(여기서 1 : m입도보다 큰 입도)

2) m 입도의 입자의 처리(i = m 입도 입자)

입도별 입자갯수 : N₁(i)

입도별 평균입경 :

3) m 입도보다 작은 입자 처리(i = n∼z 입도 입자)

입도별 입자갯수 : N₂(i) X N1 (m)/N2 (m)

입도별 평균입경 :

(여기서 n : m입도보다 바로 작은 입도)

이러한 과정을 최소 측정회수(N)가 될때까지 반복하여 입도별 평균입경 및 입자 갯수를 누적한다. 최소 측정회수 N회 이상을 측정하였으면 이후 측정치 N회째를 기준으로 한 측정치 편차의 표준편차가 일정치 이하가 되면 계측을 완료하고 결과치를 화상처리장치(12)의 모니터로 출력한다.

따라서 각 입도(a-z)에 속하는 입자의 갯수와 평균입경을 결과로 알 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

하기 표1과 같은 입경의 분체를 물로 세척하고 건조하여 정립한 철광석을 연속 순환, 낙하시키면서 본 발명의 입도계측장치를 이용하여 그 입도를 계측하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

본 실시예에서는 조명은 8열의 고주파(90,000Hz)형광등과 이 빛을 분산, 균일화하기 위한 3조의 필터를 이용하였으며, CCD 카메라의 셔터 속도는 1/4,000sec로 하였으며, 제1카메라는 1배, 제2카메라는 5배의 배율로 하고 입도 m은 중간 입도인 1.0-2.83mm하고, 계측영역은 80×80mm로 하였다.

상기 표2에 나타난 바와 같이, 철광석의 작은 입자의 경우는 주로 SiO가 많이 있어 빛의 산란이 심하여 실제보다 적게 계측되고, 큰 입자의 경우는 입자 굴곡부의 음영이 입자로 계측되는 것에 의하여 실제보다 크게 계측되는 결과를 보이고 있으나, 기존의 화상입도계에서는 영상 잡음으로 처리될 수 밖에 없는 a입도(0.125-0.25mm)입자를 측정할 수 있는 것을 확인 할 수 있었으며, 약 100회 이상의 누적 데이타를 계측 결과로 환산할때 만족할만한 계측결과를 얻을 수 있었다.

상술한 바와 같이, 화상 입도 계측방법에 있어서, 넓은 입경 범위를 갖는 입자의 입경을 측정하기 위하여 고가의 화상처리장치를 이용하는 것 대신에 단순히 고배율의 CCD카메라를 주가로 설치함으로써 계측 가능하고 신뢰도 있는 계측 결과를 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

화상처리를 이용하여 무접촉식으로 분체의 입도를 측정하는 장치에 있어서, 통상의 소결원료 수송컨베어(19)의 전면에 설치되어 수송되는 소결원료(13)의 일정량을 분할하는 가이드판(14); 이 가이드판(14)에 의해 분할된 소결원료(13)를 이송시키도록 구성되는 벨트컨베어(15); 상기 벨트컨베어(15)상의 소결원료에 진동을 주어 소결원료를 분산시키도록 설치되는 진동분산판(17); 및 상기 벨트컨베어(15)에 의해 이송된 소결원료의 입도를 계측하는 입도계측장치(100)를 포함하고, 그리고 상기 입도계측장치(100)는 상기 벨트컨베어(15)에 의해 이송된 소결원료(13)에 조명을 부여하는 다수개의 조명장치(4)(6)과, 상기 조명장치(4)(6)에 각각 대응되게 일정한 거리를 두고 맞서 설치되어 낙하되는 소결원료(13)을 촬영하도록 설치되는 다수개의 서로 다른 배율을 갖는 CCD카메라(9)(11)과, 상기 CCD카메라(9)(11)에서 소결원료(13)의 입도를 촬영하고, 각각의 촬영된 아날로그 영상신호를 디지탈 영상신호로 변환한 다음, 상기 디지탈 영상신호를 각 영상메모리에 저장하고, 저장된 영상신호를 추출하여 영상사전처리 및 2치화한 후, 2치 영상을 기준으로 각각의 CCD카메라(9)(11)의 배율에 따라 측정가능한 소결원료(13)의 입도크기를 측정하여 각 입도별 평균 입자크기와 입자갯수를 통한 통계처리로 소결원료(13)의 입도를 계측하는 화상처리장치(12)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화상처리를 이용한 무접촉식 입도측정장치.