KR970005551B1 - 로울러 프로필의 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

로울러 프로필의 측정방법 및 그 장치 Download PDF

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가와사끼세이데쓰 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

로울러 프로필의 측정방법 및 그 장치
제1도는 본 발명에 따른 초음파 감지기 시스템의 바람직한 양태를 나타내는 블록 다이오그램.
제2도는 제1도의 초음파 감지기 시스템의 감지기 헤드를 통한 확대 단면도.
제3도는 제1도는 초음파 감지기 시스템의 동작을 나타내는 타이밍 챠트.
제4도는 본 발명에 따른 초음파 감지기 시스템의 변형된 양태를 나타내는 블록 다이어그램.
제5도는 제1도 내지 제4도의 감지기 시스템의 출력을 나타낸 그래프.
제6도는 본 발명에 따른 초음파 감지기 시스템의 효과를 나타낸 그래프.
제7도는 본 발명에 따른 초음파 감지기 시스템의 응용으로서 로울러 프로필 모니터링 시스템의 양태를 나타낸 부분 블록 다이어그램.
제8도는 제7도의 로울러 프로필 모니터링 시스템에 의해 수행된 측정의 결과를 나타낸 그래프.
제9도는 본 발명에 따른 로울러 프로필 모니터링 스시템의 다른 양태를 나타낸 도면.
제10도는 제9도의 로울러 프로필 모니터링 시스템에서 사용한 보조 감지기의 확대 단면도.
제11도는 제9도의 로울러 프로필 모니터링 시스템의 동작 원리를 나타낸 다이어그램.
제12도는 제9도의 시스템에 의해 수행된 측정의 결과를 나타낸 그래프.
제13도는 본 발명에 따른 로울러 프로필 모니터링 시스템의 또 다른 양태를 나타낸 도면.
제14도는 제13도의 로울러 프로필 모니터링 시스템의 동작 원리를 나타낸 다이어그램.
제15도는 제13도의 로울러 프로필 모니터링 시스템에 의해 수행된 측정의 결과를 나타낸 그래프.
본 발명은 목표물에 이르는 거리를 정밀히 측정하는데 적합한 초음파 거리감지기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 초음파를 목표물을 향해 송신하고, 반사된 초음파를 수신한 다음, 초음파의 송신과 이의 수신사이의 경과시간을 기준으로 하여 목표물에 이르는 거리를 유도해 내는 초음파 거리감지기에 관한 것이다.
또한 본 발명은 목표물의 외부 형상을 탐지하기 위해서 목표물 표면 프로필을 모니터링 또는 스캐닝하는데 초음파 거리감지기를 적용함에 관한 것이다.
이러한 목표물 외부형상의 모니터링은 롤링시 롤링제품의 프로필을 모니터하는데 이용될 수 있다.
제강공업에 있어서, 특히 강철의 압연시 초음파 거리감지기는 정밀한 거리의 측정 또는 표면의 모니터링에 사용되고 있는데, 현재에는 초음파를 물탱크나 분사수를 통해 목표물 표면에 송신하여 이의 송신파 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정함으로써 거리를 측정하고 있다. 그러나 초음파 송신시 송신시간의 편차로 인해서 목표물 표면에 이르는 측정된 거리에 오차가 생기는 단점이 있다. 이러한 물의 온도의 영향을 배제하기 위해서는 측정된 경과시간 또는 유도된 거리값을 보정하는 것이 필요로 하게 된다. 이를 측정된 값의 물 온도-의존 보정이라 한다(참조 : Materials Evaluation
Vol. 35, No. 2, 1997, page 45-50).
상기의 영향을 고려해 새로이 제안된 시스템에 있어서, 보조 감지기는 보조 감지기로부터 일정한 거리에 위치하고 있는 기초표면에 의해 반사된 초음파를 수신해 경과시간을 모니터한다. 다음에는 보조 감지기에서 측정한 경과시간을 기준으로 하여 물을 통하는 초음파의 송신속도를 유도해내고, 이어서 기준면에 관해서 유도해낸 초음파의 송신속도를 이용하여 경과시간을 측정한다. 이들 시스템 모두 측정된 거리에 어느 정도의 정확도를 지니고 있다. 그렇지만 위에서 제안된 종래의 시스템의 물 온도-의존 보정을 위해 1차 및 보조 감지기를 필요로 함에 따라 전체적으로 비용이 증가하게 된다. 또한 1차 및 보조 감지기의 측정 위치가 떨어져 있기 때문에 감지기들의 물의 온도가 다르게 나타나며 보정치가 반드시 정확하다고 할 수 없다. 알려진 바와 같이 물의 온도에 대한 초음파 송신속도의 변화는 약 1.6×10-3/℃이다. 이는 측정위치사이의 온도차가 0.1℃이고, 측정할 거리가 약 30mm일 경우 거리 측정의 오차는 약 5㎛임을 의미한다. 이러한 오차는 정확도를 요하는 거리측정에 있어서는 매우 큰 것이다.
더욱이 상기의 시스템은 램프파를 사용하고 있으며, 경과시간을 측정하기 위해 반사된 초음파의 수신시 램프파 전압을 샘플링한다. 이러한 시스템의 정확도는 램프파의 선형성(linearity)에 한정되기 때문에 매우 낮아 약 0.1% 오차가 생긴다. 이는 측정한 거리가 30mm 일 때 오차가 3㎛ 정도 생긴다는 것을 의미한다. 두 측정위치간의 온도차로 인한 이러한 오차는 위에서 설명한 바와 같이 기본 오차에 부가하게 된다. 또한 현재의 여러 공업에서는 로울링 작업에 필요한 로울러와 같은 높은 정확도를 요하는 제품을 생산해야 하는데 현재의 시스템으로는 이를 만족시켜주지 못하고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 정확한 측정의 요구조건을 만족시켜 주는 초음파 거리감지기를 제공하는데 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 목표물의 외부 형상을 모니터하는데 본 발명에 따른 초음파 감지기를 적용하는데 있다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성시키기 위해서는 본 발명에 따른 초음파 거리감지기는 초음파를 발생시켜 이를 거리를 측정할 목표물 표면을 향해 일정한 통로를 통해서 송신한다. 또한 본 발명에 따른 감지기에는 초음파를 반사시키는 기준면이 갖추어져 있는데, 이 기준면을 상기 초음파의 일정한 통로 내부에 위치하고 있다. 가능화 기구(enabling means)와 결합된 리시버는 기준면 또는 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신한다. 한편 초음파의 송신과 기준면에서 반사된 초음파의 수신사이의 경과 시간을 기준으로 한 연산동작은 기준면에 이르는 공지의 거리를 기준으로 해서 초음파의 송신속도를 유도해 낸다. 그리고는 측정한 경과시간을 기준으로 해서 목표물 표면에 이르는 거리를 유도해 낸다.
본 발명에 따라서는 상기의 초음파 감지기를 사용하여 목표물의 외부 형상을 모니터한다. 이러한 목표물의 외부 형상을 모니터하기 위해서는 본 시스템은 여러 개의 초음파 감지기로 구성되어 있고, 이러한 감지기는 목표물의 외부 표면을 향하고 있는 1차 감지기와 기준면을 향하고 있는 보조 감지기로 구성되어 있다.
본 발명에 있어 목표물의 표면에 이르는 거리를 모니터하는데 사용되는 초음파 감지기 시스템은 예정된 통로를 따라 1차 제어 타이밍으로 표면에 초음파를 송신하는 송신기; 목표물 표면을 향해 초음파가 송신되는 통로의 내부에 설치되어 있으며, 초음파의 일부를 목표물 표면을 통과시키고 나머지의 초음파는 반사시키며, 그리고 송신기와 일정한 거리를 두고 분리되어 있는 반사기; 반사기와 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신하여 리시버 시그날을 발생시키는 리시버; 1차 제어타이밍에서부터 반사된 초음파를 수신하는 2차 타이밍까지 이르는 1차 경과시간, 그리고 1차 제어타이밍에서부터 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신하는 3차 타이밍까지에 이르는 2차 경과시간을 측정하는 타이머; 및 1차와 2차 경과시간 또한 반사기에 이르는 일정한 공지의 거리를 기준으로 하여 목표물 표면에 이르는 거리를 유도해 내고, 그리고 목표물 표면에 이르는 거리를 나타내는 출력치를 유도해 내는 프로세서로 구성되어 있다.
상기의 송신기 및 리버시는 공통진동자를 포함하여 있고, 이 공통진동자는 목표물 표면으로부터 송신되도록 초음파를 발생시키며 목표물 표면으로 반사된 초음파에 응답하여 진동하도록 이루어져 있다. 이러한 진동자는 목표물 표면에 송신할 초음파를 발생기키기 위해 제어 타이밍에서 주어진 주파수로 진동자를 구동시키는 송신기 회로와, 그리고 진동자의 진동을 탐색하고 진동자의 진동이 탐색될 때마다 리시버 시그날을 발생시키는 수신기 회로에 접속되어 있다.
타이머는 경과시간의 측정시간과, 초음파 송신을 위한 상기 진동자의 여진(drive) 따라서 발생되는 제1차 리시버 시그날과, 상기 제1경과시간 지시값을 나타내도록 제1차 타이머 값을 래치시키는 2차 리시버 시그날과, 상기 제3경과 시간 지시값을 나타내도록 2차 타이머값을 래치시키는 3차 리시버 시그날에 대응작동한다.
프로세서는 1차 타이머값과 반사기에 이르는 공지의 거리를 기준으로 하여 음파의 속도를 유도해 내고, 또한 상기 1차 타이머값에서 유도된 음파의 속도를 기준으로 하여 목표물 표면에 이르는 거리를 유도해 낸다.
본 발명에 따른 초음파 감지기는 또한, 물 공급원에 연결되어 있고 초음파의 통로를 따라 목표물 표면을 향해 배출되도록 되어 있는 분사수 노즐로 추가로 구성되어 있다.
또한 본 발명에 따른 초음파 감지기는 송신기가 제어 타이밍으로 목표물 표면에 송신할 초음파를 발생시키도록 명령하는 송신기 제어 시그날을 내보내게 되는 송신기 회로로 추가로 구성되어 있다.
바람직한 양태에 있어서 타이머는 1차 경과시간을 측정하기 위한 1차 타이머 그리고 2차 경과시간을 측정하기 위한 2차 타이머로 이루어져 있는데, 1차 및 2차 타이머는 각각의 1차, 2차 경과시간의 측정을 시작하는 송신기 제어 시그날에 응답한다.
본 발명에 따른 초음파 감지기는 또한 1차 타이머와 결합되어 있으며, 1차 타이머의 타이머값을 래칭하기 위한 1차 래칭 시그날을 발생시키기 위하여 반사기에서 반사된 초음파의 수신에 응답하는 1차 래치 시그날 발생기; 그리고 2차 타이머와 결합되어 있으며, 2차 타이머의 타이머값을 래칭하기 위한 2차 래치 시그날을 발생시키기 위하여 목표물 표면에서 반사된 초음파의 수신에 응답하는 2차 래치 시그날 발생기로 추가로 이루어져 있다. 상기의 1차 래치 시그날 발생기는 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 1차 지연 후에 주어진 기간(duration)을 지닌 1차 가능화 시그날을 내보내기 위한 1차 지연 회로; 그리고 1차 래치 시그날을 발생시키기 위해서 1차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 1차 래치 시그날 발생기로 이루어져 있으며, 한편 2차 래치 시그날 발생기는 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 2차 지연 후에 주어진 기간을 지닌 2차 가능화 시그날을 발생시키기 위한 2차 지연 회로; 그리고 2차 래치 시그날을 발생시키기 위해서는 2차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 2차 래치 시그날 발생기로 이루어져 있다. 상기의 1차 지연은 반사기에서 반사된 초음파의 수신 이전의 최소 경과시간과 대략 일치하며, 2차 지연 시간은 목표물 표면에서 반사된 초음파 수신 이전의 최소 경과시간과 대략 일치한다.
발명의 또 다른 양태에 있어서, 본 발명에 따른 초음파 감지기는 또한 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 1차 지연 후에 주어진 기간을 갖는 1차 가능화 시그날을 발생시키는 1차 지연 회로; 그리고 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 2차 지연후에 주어진 기간을 갖는 2차 가능화 시그날을 발생시키는 2차 지연 회로로 이루어져 있다.
여기서 1차 및 2차 지연 회로는 1차 및 2차 가능화 시그날 중의 하나를 타이머 회로에 선택적으로 통과시키는 스위치 회로를 거쳐 타이머에 접속되어 있으며, 타이머는 1차 및 2차 경과시간을 각각 나타내는 1차 및 2차 타이머값을 래치하기 위한 1차 및 2차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답한다.
본 발명에 따른 또 다른 양태에 있어서는 초음파를 이용하여 목표물을 표면에 이르는 거리를 다음과 같은 단계를 거쳐 측정한다:
초음파의 목표물의 표면을 향해 송신되고, 다시 반사되는 길인 통로를 한정짓고: 초음파의 일부를 목표물의 표면을 향해 통하도록 하고 나머지는 반사시키며, 일정한 거리를 두고 송신기와 분리되어 있는 분사기를 상기의 통로 내부에 설치하고; 일정한 통로를 통해 1차 제어 타이밍으로 초음파를 목표물의 표면을 향해 송신하고; 반사기 및 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신하며, 반사된 초음파의 수신될 때 리시버 시그날을 발생시키고; 1차 제어 타이밍으로부터 반사기에서 반사된 초음파가 수신되는 2차 타이밍에 이르는 1차 시간, 그리고 1차 제어 타이밍으로부터 목표물 표면에서 반사된 초음파가 수신되는 2차 타이밍에 이르는 2차 경과시간을 측정하고; 그리고 1차 및 2차 경과시간을 반사기에 이르는 공지의 거리를 기준으로 하여 목표물의 표면에 이르는 거리에 유도해 내고, 목표물의 표면에 이르는 거리를 나타내는 출력치를 유도해 낸다.
바람직한 양태에 있어서, 초음파를 송신하는 단계는 표면으로 송신할 초음파를 발생기키기 위해서 제어 타이밍에서 주어진 주파수로 진동자를 구동시킴으로써 수행할 수 있다. 경과시간의 측정단계를 초음파를 송신하기 위한 진동자 구동의 응답으로 발생된 1차 리시버 시그날에 응답하여 트리거된다.
거리유도 단계에는 제1단계와 제2단계가 있는데, 1단계는 1차 타이머 값과 반사기에 이르는 공지의 거리를 기준으로 하여 음파의 속도를 유도하는 단계이고, 제2단계는 1차 타이머 값에 관해서 유도된 음파의 속도와 2차 타이머값을 기준으로 한 목표물 표면에 이르는 거리의 유도단계이다.
한편 본 발명에 따른 거리의 측정단계에는 초음파를 통하여 목표물의 표면에 이르는 초음파의 송신 타이밍을 조절하기 위한 타이밍 제어 시그날을 발생시키는 단계가 추가로 포함한다. 경과시간의 측정단계는 타이밍 제어 시그날에 의해 트리거되어 있다.
본 발명에 따른 또 다른 양태에 있어서 초음파 감지기 시스템은 목표물의 표면상태를 모니터하는데 필요한 시스템에 적용할 수 있는데 상기 시스템은 기준면을 지니고 있는 베이스; 기준면에 대한 목표물을 지탱하는 지지체; 초음파를 목표물의 표면상에 있는 여러 측정위치에 송신하고 반사된 초음파를 수신하며, 초음파의 송신과 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정하고, 각 측정위치에 관한 거리지시값을 유도하는 표면 스캐닝기구; 초음파의 전파속도를 유도해 내고 전파속도에 의해 의존하는 1차 보정치를 유도해 내는 1차 보정기구; 목표물 표면상의 각 측정위치가 스캐닝기구 사이에 이르는 거리를 유도해 내는 연산기구; 그리고 목표물 표면상태를 모니터한 결과를 표시하는 디스플레이 유니트로 구성되어 있다.
상기 시스템의 바람직한 양태에 있어서, 1차 보정 기구는 초음파의 송신되는 통로 내부에 설치된 반사기; 초음파의 일부를 목표물 표면을 향해 통해 보내고 나머지는 반사시키며, 일정한 거리를 통해 송신기와 떨어져 있는 반사기; 초음파의 송신과 반사기에서 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정하는 타이머; 기준시간과 반사기에 이르는 일정한 거리를 기준으로 하여 초음파의 전파속도를 유도해 내고, 전파속도와 반사시간을 기준으로 하여 각 측정위치의 거리지시값을 유도해 내는 프로세서로 구성되어 있다.
초음파 감지기는 목표물 표면상의 여러 측정위치 사이에 있는 감지기를 구동하는 구동기구와 결합되어 있다.
베이스는 초음파 감지기의 편의를 기동성 있게 도모해 준다.
구동기구는 초음파 감지기의 위치를 제어하기 위해서 목표물에 대한 초음파 감지기의 위치를 탐지하는 위치 감지기와 결합되어 있다.
베이스는 초음파 송신 매체로 채워진 곳 내에서 초음파 감지기의 편의를 도모해 준다.
상기의 구성은 베이스의 편향을 탐지하고, 측정위치의 거리지시값을 변형시키기 위해 2차 보정을 유도해내는 2차 보정기구로 추가 구성됨이 바람직하다.
상기 2차 보정기구는 표면 주사기구와 쌍을 이루고 있으며, 상기 표면 주사기구의 방향과 반대방향을 향하고 있으며, 보통의 조건하에서 기준면과 거의 평행으로 놓여 있는 기준선을 만드는 직선상의 와이어를 향하여 초음파를 송신하는 보조 초음파 감지기로 구성되어 있다.
상기 직선상 와이어에 항상 장력을 제공해 와이어가 직선을 유지할 수 있도록 하는 장력 제공기구와 결합되어 있다.
본 발명에 따른 또 다른 양태에 있어서 목표물 표면의 상태를 모니터링 하는 방법은 다음 단계를 구성하고 있다:
기준면을 정하고; 모니터할 표면을 향해 초음파를 송신하고 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신하는 초음파 감지기로 이루어진 주사 기구를 위치하고; 송신된 초음파의 일부를 반사시킬수 있도록 초음파로의 통로 내부에 주사기구와 일정한 거리를 두고서 기준거리지시기구를 설치하고; 모니터할 목표물표면이 일정한 거리를 두고 기준면과 마주볼 수 있도록 목표물을 지지하고; 초음파로를 통해서 목표물의 목표물표면을 향해 초음파를 송신하고; 초음파의 송신과 기준거리지시기구에서 반사된 초음파의 수신사이의 1차 경과시간을 측정하고; 초음파의 송신과 모니터할 표면에서 반사된 초음파의 수신사이의 2차 경과 시간을 측정하고; 1차 경과시간 그리고 기준거리지시기구에 이르는 일정한 거리를 기준하여 음파의 속도를 유도해 내고; 음파의 속도와 2차 경과 시간을 기준하여 기준표면과 모니터할 목표물표면간의 거리를 유도해 내고; 목표물 표면상의 여러 측정위치에서 상기의 거리 측정단계를 수행하여 목표물 표면 상태 자료를 숫자상으로 나타내고; 디스플레이에 상기의 표면상태 자료를 표시함.
상기의 과정은 일정한 스캐닝 계획에 따라 스캐닝 구조를 구동하고 상기의 스캐닝 계획에 따라 여러 측정위치에서 거리 측정을 수행하는 단계가 추가로 포함되어 있다.
또한 상기의 과정은 기준면의 편향을 모니터할 기준선을 직선상으로 하는 와이어를 제공하고; 기준선을 향해 보조 초음파를 송신하고 와이어(기준선 한정기구)에서 반사된 초음파를 수신하는 보조 초음파 감지기를 제공하고; 보조 초음파의 송신과 와이어에서 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정하고; 기준면과 기준선 사이의 거리를 유도해 내고; 유도된 거리를 기준으로 하여 기준선에 관한 기준면의 편향을 유도해 내고; 유도된 편향을 기준으로 하여 목표물표면 상태의 자료를 수정하는 단계로 이루어져 있다.
본 발명에 따른 로울러 프로필 모니터링 시스템은 기준면을 한정지으며, 일정한 거리 범위내에서 축의 길이 방향으로 이동할 수 있는 이동성 베이스; 로울러 축의 길이 방향으로 이동할 수 있는 이동성 베이스; 로울러 축이 이동성 베이스 축의 길이 방향과 평행하게 놓일 수 있도록 로울러를 로울러 표면 위에 지탱시키는 고정 지지체; 각각의 로울러 표면상의 측정 위치를 향해 초음파를 송신하고 반사된 초음파를 수신하며, 기준면 상에 장착된 여러 개의 1차 초음파 감지기; 모니터할 기준면의 편향에 관해 거의 직선인 기준선을 제공하고, 베이스의 길이 방향과 축과 거의 평행으로 놓여 있는 와이어 각각 초음파를 와이어를 향해 송신하고 반사된 초음파를 수신하며, 각각이 상응하는 1차 초음파 감지기와 결합되어 있는 여러 개의 보조 초음파 감지기; 각각의 1차 초음파 감지기에 결합되어 있으며, 1차 초음파 감지기에서의 초음파의 송신과 로울러 표면에서 반사된 초음파의 수신사이의 1차 경과시간을 측정하고 1차 경과시간 지시 시그날을 발생시키는 1차 타이머; 각각의 보조 초음파 감지기에 결합되어 있으며, 보조 초음파 감지기로부터의 초음파의 송신과 와이어에서 반사된 초음파의 수신사이의 2차 경과시간을 측정하고 2차 경과시간 지시 시그날을 발생시키는 2차 타이머; 1차 경과시간 시그날을 기준으로 하여 각각의 1차 초음파 감지기와 이에 대응하는 로울러 표면상의 측정위치간의 거리를 유도하고, 2차 경과시간 지시 시그날을 기준으로 하여 기준면의 편향을 탐지하고, 보정치를 우도해 내고, 보정치를 기준하여 유도된 거리를 수정하고, 그리고 로울러 프로필 지시 자료를 유도해 내는 연산기; 그리고 로울러 프로필 지시 자료를 수신해 이를 디스플레이 하는 디스플레이로 구성되어 있다.
1차 초음파 감지기는 규칙적으로 일정한 간격을 두고 로울러의 축을 따라 정렬되어 있다.
이동성 베이스의 주어진 감격범위는 1차 감지기들간의 간격과 거의 동일하다.
바람직한 양태에 있어서, 베이스는 중공(hollow) 구조로 되어 있는데, 와이어가 뻗어날 수 있도록 내부에 공간이 형성되어 있으며, 물로 가득 차 있다.
로울러 프로필 모니터링 시스템은 베이스의 축 위치를 모니터하고 베이스 위치 지시 시그날을 내보내는 위치 감지기로 추가로 이루어져 있다.
연산회로를 베이스 위치 지시 시그날에 응답하여 축의 길이 방향에 수직인 로울러에 관해 베이스의 오프셋을 산술적으로 유도해 내고, 또한 로울러 프러필 지시 자료의 보정을 위해 횡축 이동 의존 보정치를 유도해 낸다.
본 발명에 따른 또 다른 양태에 있어서 로울러 프로필의 모니터링 방법은 다음의 단계로 이루어져 있다.
기준면을 한정짓는다; 초음파를 모니터할 표면에 송신하고 로울러의 표면에서 반사된 초음파를 수신하는 초음파 감지기로 이루어진 스캐닝 기구를 위치한다; 송신된 초음파의 일부를 반사되는 초음파로 내부에 스캐닝 기구와 일정한 거리를 두고서 표준거리지시기를 위치한다; 모니터할 표면이 대략 일정한 거리를 두고 기준면과 바라볼 수 있도록 로울러를 지시한다; 로울러의 표면을 향하여 초음파로를 통해 초음파를 송신한다; 초음파의 송신과 표준 거리지시기에서 반사된 초음파의 수신사이의 1차 경과시간을 측정한다; 초음파의 송신과 모니터할 표면에서 반사된 초음파의 수신사이의 2차 경과 시간을 측정한다; 1차 경과시간과 기준거리지시기에 이르는 공지의 거리를 기준하여 음파의 속도를 유도해 낸다; 음파의 속도와 2차 경과시간을 기준하여 기준면과 모니터 할면 사이의 거리를 유도해 낸다; 여러 측정 위치간의 주어진 속도 및 일정한 타이밍으로 스캐닝 기구를 구동시킨다; 로울러 표면상의 여러 측정 위치에서 상기의 거리 측정 단계를 실사하여 다수의 표면상태 데이터를 정한다; 디스플레이상에 표면 상태 데이터를 디스플레이시킨다.
상기의 모니터링 방법은, 모니터할 기준면의 편차에 관해 기준거리지시기구를 형성하는 와이어를 위치하고; 보조 초음파를 기준선을 향해 송신하고 기준선 한정 기구에서 반사된 초음파를 수신하는 보조 초음파 감지기를 위치하고; 보조 초음파의 송신과 기준선 한정 기구에서 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정하고; 기준면과 기준선 사이의 거리를 유도해 내고; 유된 거리를 기준으로 하여 기준선에 관한 기준면의 편향을 유도해 내고; 유도된 편향을 기준으로 하여 표면 상태 데이터를 수정하는 단계로 추가로 이루어져 있다.
여러 측정위치 사이의 스캐닝 기구를 구동시키는 단계는 스캐닝 기구의 간격에 대략 일치하는 거리내에 스캐닝 기구를 이동시킴으로써 형성되고, 스캐닝 기구와 함께 기준면의 축상 변위를 야기시킴으로써 수행된다.
또한 상기 모니터링 방법은, 기준면의 축상 변위에 따른 기준면의 변위를 보상하기 위해 기준면과 로울러의 표면 사이의 유도된 거리를 보정하는 단계가 추가로 포함됨이 바람직하다.
완전히 이동된 위치에서 보정된 거리 Z´i(L)은 다음식으로 유도된다:
Z´i(L)=Zi(L)+a1×i+b1
위의 식에서 계수 a 및 b는 다음 식으로 정의된 △가 최소가 되도록 유도된다:
Figure kpo00001
위의 식에서 Zi(o)(i=1∼10)는 초기 위치에서 측정치이다.
거리 ℓ을 통해 이동된 어떤 중간 지점에서의 보정된 로울러 프로필 지시 거리값(Wi)는 다음식에 따라 거리값 Zi(ℓ)(i=1,2,…10)을 수정하여 유도해 낸다:
[ZI(L)은, ZI(L)과 ZI(o), ZI(L)을 측정했을 때의 센서위치, 방향을 ZI(o)을 측정했을 때 그것과 같게 되도록 보정했을 때의 것이 ZI(L)이지만 같은 자세(Figl S말하면, 같은 경사와 같은 상하방향위치)에서 측정한 데이터가 되도록 ZI(L)을 변환한 데이터이다.)
Wi=ZI(ℓ)+a2×i+b2
위의 식에서
Figure kpo00002
Figure kpo00003
위의 식에서, Q(제15도 참조(i=1∼11)는 다음의 식에 따라 유도된다:
Figure kpo00004
한편, 위의 식에서 Q´i(i=1∼11)은 다음식에 따라 유도된다:
Q´i´+Qi-{(Q11-Q1)×(i-1)/10+Qi}.
현재 도면을 참조하면, 특히 제1도 및 제2도에 있어서 본 발명에 따른 초음파 감지기 시스템의 바람직한 실시예는 초음파의 송신 및 목표물의 표면에서 반사된 초음파의 수신사이에 경과시간을 측정하고, 이에 의해 상기 거리는 측정된다.
목표물 표면에 이르는 상기 감지기 시스템에 이해 송신된 초음파는 이후부터는 송신파로 명칭할 것이고, 목표물 표면에 의해 반사된 초음파는 이후부터는 반사파로 명칭할 것이다.
상기 실시예에 있어, 송신파와 수신파는 워터젯과 같은 유량흐름을 통과한다.
유량흐름에 의해 설정된 상기 초음파 통로는 이후부터는 초음파 통로라 명칭할 것이다.
비록 상기 실시예에서 초음파 통로를 형성하기 위해 워터젯이 장착되었지만 오일이나 공기와 같은 다른 유량체나 더 나아가 초음파를 위한 매질이 될 수도 있다.
제1도 및 제2도에 있어, 본 발명에 따른 초음파 감지기 시스템은 감지기 헤드(11)을 갖는다.
상기 감지기 헤드(11)는 워터젯 교환을 위해 워터젯 노즐(12)이 제공된다.
워터젯 노즐(12)은 물 공급회에 연결된 포트(12a)를 갖는다.
바이브레이터(13)는 초음파 주파수에서 진동하도록 설계되어 있는데 송신파를 발생시키며, 반사파가 도달할 때는 공명한다.
바이브레이터(13)는 목표물(14)의 표면으로부터 일정한 거리를 유지하고 있는데, 측정한 거리(d1)는 제2도에 나타나 있다.
모니터할 목표물의 표면을 이후 부터는 목표물 표면이라 부른다.
한편 분사수는 목표물 표면을 향해 분출되어 초음파로 형성한다.
환형으로 된 반사기판(15)은 초음파로의 내부에 위치하며, 바이브레이터(13)와 일정한 거리(d0)를 두고 떨어져 있다.
또한 반사기판(15)은 주로 디스크형 금속판으로 만들어져 있는데 그의 중심 개공의 직경(φ0)은 초음파 빔의 직경(φ0)보다는 약간 작다.
그러므로 반사기판(15)의 중심 개공의 가장자리는 초음파 빔의 통로에 뻗어나 있으며 초음파 빔의 일부를 반사시킨다.
그리고 바이브레이터(13)에서 나오는 초음파 빔의 나머지는 반사기관(15)의 중심개공을 통해 지나게 된다.
제1도 및 제2도에 나타나 있는 바와 같이 반사기판(15)은 목표물 표면보다는 바이브레이터(13)에 더욱 밀접하다.
초음파를 발생시키기 위해서는 바이브레이터(13)가 구동회로(17)와 연결되어 있는데 구동회로(17)는 1차 펄스 발생기(16)에서 나오는 입력과 연결되어 있다.
구동회로(17)는 1차 펄스 발생기에서 나오는 1차 펄스를 받아 바이브레이터(13)로 운전 시그날(Pa)을 내보낸다.
운전 시그날(Pa)의 주파수는 1차 펄스의 주파수와 거의 동일하며, 또한, 바이브레이터(13)의 소기의 진동 주파수와도 동일하다.
즉 바이브레이터(13)는 1차 펄스와 동시에 발생하는 초음파 주파수에서 운전된다.
한편 바이브레이터(13)는 리시버(18)와 접속되어 있으며, 반사판의 응답으로 공명할 때 리시버(18)로 진동 지시 시그날을 보낸다.
도면에서 나타나 있지 않지만 리시버(18)에는 수신된 진동 지시 시그날을 믹서(21) 및 (22)로 송신하는 증폭기가 갖추어져 있다.
또한 믹서(21) 및 (22)는 1차 펄스 발생기(16)와 접속되어 있는 지연펄스 발생기(19) 및 (20)과 접속되어 있다.
지연 펄스 발생기(19) 및 (20)은 1차 펄스에 비해 각각 일정한 지연 시간을 지닌 펄스(Sb) 및 (Sc)를 발생시킨다.
자연 펄스 발생기(19)는 바이브레이터(13)에 의한 초음파의 송신과 반사기판(15)에 의해 반사된 초음파의 수신사이에 예견되는 경과 시간과 거의 일치하는 지연펄스를 발생시킨다.
이와 같이 바이브레이터(13)에 의한 초음파의 송신과 반사기판(15)으로부터 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 이후부터는 기준시간이라 약칭한다.
지연펄스 발생기(20)에서 발생되는 지연 펄스의 진폭은 모든 가능한 반사시간을 커버하기에 충분하도록 넓게 선택되어진다.
또한, 지연펄스 발생기(20)는 송신파의 송신과 목표물 표면에서 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간과의 거의 일치하는 지연펄스를 발생시킨다.
이와 같이 송신파의 송신과 수신파의 수신사이의 경과시간을 이후 부터는 반사시간이라 약칭한다.
지연펄스 발생기(20)에서 발생된 지연펄스(Pc)의 펄스 폭은 모든 가능한 반사시간을 커버하기에 충분히 크다.
믹서(21)는 지연펄스(Sb)를 수신하며, 지연펄스 발생기(19)에서 발생된 지연펄스(Sb)의 존재하에 리시버(18)에서 나오는 진동 지시 시그날에 응답하여 믹서 시그날(Sd)를 발생시킨다.
이와 비슷하게 믹서(22)는 지연펄스(Sc)를 수신하며, 지연 펄스 발생기(20)에서 발생된 지연펄스(Sc)의 존재하에, 리시버(18)에서 나오는 진동 지시 시그날에 응답하여 믹서 시그날(Se)을 발생시킨다.
믹서(21)에서 발생되는 믹서 시그날은 펄스 카운터(24)에 가게 되는데, 펄스 카운터(24)는 클라크 펄스를 수신하고 이를 카운트하기 위한 클라크 발생기(23)에 접속되어 있다.
펄스 카운터(24)는 믹서 시그날(Sd)에 응답하여 계수치를 래치하고 기준시간을 나타내는 기준시간 지시 시그날을 내보낸다.
이와 비슷하여 믹서(22)에서 나오는 믹서 시그날은 펄스 카운터(25)에 가게 되는데, 펄스 카운터(25)는 클라크 펄스를 수신하고 이를 카운트하는 클라크 발생기(23)와 접속되어 있다.
펄스 카운터(25)는 계수치를 래치하고 기준시간을 나타내는 기준시간 지시 시그날을 내보낸다.
연산회로(26)는 펄스 카운터(24)에서 나오는 기준시간 지시 시그날을 수신함과 동시에 펄스 카운터(25)에서 나오는 기준시간 지시 시그날을 수신한다.
연산회로(26)는 지시 시그날을 분석하여 바이브레이터(13)와 반사기판(15)사이의 알려진 거리(d0)를 기준으로 하여 분사수를 통한 초음파의 송신속도를 계산해 내고 또한 기준시간 지시 시그날 값을 계산해 낸다.
기준시간 지시 시그날은 계산된 송신속도를 기준으로 하여 분석된 바이브레이터(13)와 목표물 표면 사이의 거리(d1)를 계산해 낸다.
그러므로 연산회로(26)는 계산된 거리(d1)를 나타내는 값을 지닌 출력 시그날을 계산해낸다.
제3도는 위에서 설명한 초음파 감지기 시스템의 동작을 나타내는 타이밍챠트를 나타낸 것으로서, 동작시는 지연펄스 발생기(19) 및 (20)가 모두가 구동회로(17)앞의 1차 펄스 발생기에 의해 트리거된다.
그러므로 지연펄스 발생기(19) 및 (20)은 일정한 펄스폭을 지닌 지연펄스(Sb) 및 (Sc)를 내보낸다.
이러한 지연펄스(Sb) 및 (Sc)의 존재하에 구동회로(17)는 구동 시그날(Sa)를 내보낸다.
구동 시그날(Sa)은 바이브레이터(13)에 들어가 이들 구동하고 다음에는 리시버(18)에 들어간다.
리시버(18)는 진동 지시 시그날을 믹서(21) 및 (22)에 내보낸다.
그러므로 믹서(21) 및 (22)는 리시버(18)에 의해 수신된 시그날과 거의 일치하는 시그날(Sd) 및 (Se)를 사용하는 펄스 카운터(24) 및 (25)에 송신한다.
펄스 카운터(24) 및 (25)는 믹서(21) 및 (22)에서 나오는 시그날 (Sd) 및 (Se)와 트리거되어 있어 클라크 펄스를 카운팅하기 시작한다.
1차 펄스 뒤에 따르는 주어진 지연 다음에는 지연 펄스 발생기(19)가 다시 지연펄스 Sb(Pb)를 내보낸다.
이와 같이 이러한 지연은 기준시간과 대략 일치한다.
지연펄스 Sb(Pb)의 끝이 상승한 다음에는 즉시 바이브레이터(13)가 작동되어 반사기판(15)에 의해 반사된 초음파에 의해서 진동하게 된다.
지연 펄스 발생기(19)에서 발생된 지연펄스 Sb(Pb)의 존재로 인하여 믹서(21)는 믹서 시그날(Sd)을 발생시킨다.
펄스 카운터(24)는 믹서(21)에서 나오는 믹서 시그날(Sd)에 응답하여 그의 카운터 값을 래치하고 기준시간 지시 시그날을 연산회로(26)에 내보낸다.
기준시간 지시 시그날은 펄스 카운터(24)의 카운터 값에 상응하며 기준시간을 나타낸다.
1차 펄스 뒤에 주어진 지연 다음에는 지연 펄스 발생기(20)가 다시 지연펄스 Sc(Pc)를 내보낸다.
이러한 지연은 반사시간과 대략 일치한다.
지연펄스 Sc(Pc)의 라이징 에지 다음에는 즉시 바이브레이터(13)가 작동되어 목표물(14)의 표면에서 반사된 초음파에 의해서 진동하게 된다.
지연펄스 발생기(20)에서 발생된 지연 펄스Sc(Pc)의 존재로 인하여 믹서는 믹서 시그날(Se)을 내보낸다.
펄스 카운터(25)는 믹서(22)에서 발생된 믹서 시그날에 응답하여 그의 카운터 값을 래치하고 반사시간 지시 시그날을 연산회로(26)에 내보낸다.
반사시간 지시 시그날의 값은 펄스 카운터(25)의 카운터 값에 해당되는데 이는 반사시간을 나타낸다.
연산회로(26)는 반사기간(15)에 의해서 반사된 초음파에 관해서 측정한 기준시간(To) 및 반사기판(15)과 바이브레이터(13)간의 거리(do)에 관해서 분사수를 통한 초음파의 송신속도(c)를 계산해낸다(수학식(2) 참조):
C=d0/(T0-△) ……………………………………………………………………(2)
수학식(2)에서 △는 1차 펄스 및 /또는 동작 시스탈을 전도체 등을 통해 바이브레이터로 송신하기에 필요한 비교적 짧은 경과시간을 나타낸다.
식(2)에서 계산된 송신속도(c)를 기준으로 하여, 다음의 식(3)을 이용해 반사시간(T1)에 관하여 바이브레이터(13)와 목표물 표면간의 거리(d1)를 계산한다:
d1=(T1-△)×C …………………………………………………………(3)
연산회로(26)는 계산된 거리(d1)를 기준으로 한 출력 시그날을 출력시(27)를 통해 내보낸다.
1차 펄스 발생기(16)는 20-nsec의 상승변환을 갖는 1차 펄스를 발생시킨다.
그리고 바이브레이터(13)는 약 10MHz의 진동 주파수에서 동작한다.
반면에 클라크 발생기(23)는 1GHz에서 클라크 펄스를 발생시킨다.
일반적으로 물을 통하는 초음파의 송신속도는 약 1,500m/Sec이기 때문에 1GHz의 클라크 주파수를 사용하므로써 초음파 감지기 시스템은 0.75㎛ 보다 정밀한 정확도를 지니게 된다. [즉, 초음파의 전파(dempa)시간을 이용한 거리(변위) 측정에서는 타이머는 초음파가 반사체까지의 거리를 왕복하여 오는 시간을 측정한다. 따라서, 초음파속도를 v, 반도체의 변위를 △d, 측정경과시간을 △t하면,
Figure kpo00005
로 된다. (분자의 2는 왕복이므로 붙는다.)
따라서, 1GHz이 클라크 주파수를 사용하면 변위측정 분해 능력은
Figure kpo00006
로 된다.]
이로써 목표물 표면에 대한 거리를 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 바이브레이터에서 나오는 초음파가 지나가는 초음파로 내에 반사기판(15)의 갖추어져 있기 때문에 기준시간은 물의 온도와 거의 동일한 온도에서 측정한다.
이은 온도 차이로 인한 물 내부에서의 소리의 속도에 오차가 발생하는 것을 만족스럽게 방지해 준다.
또한, 공지의 거리와 기준시간을 기준으로 한 음파의 속도를 계산함으로써 일정한 또는 고정된 음파 속도치의 사용에 의해 발생할 수 있는 오차를 피할 수 있다.
제4도는 본 발명에 따른 초음파 감지기의 바람직한 변형된 양태를 나타내는 것으로 믹서(21) 및 펄스 카운터(24)는 기준시간과 반사시간을 측정하는데 널리 사용된다.
본 양태에 있어서, 믹서(21)는 스위칭 릴레이(31)를 통해 지연펄스발생기(19) 및 (20)에서 나오는 입력과 접속되어 있다.
스위칭 릴레이(31)는 지연펄스 발생기(19) 및 (20)중의 하나를 믹서(21)에 선택적으로 접속시켜 대응하는 지연 펄스 발생기에서 발생되는 지연 펄스가 송신되도록 한다.
상기 변형된 양태에 있어서, 초음파의 두 송신 사이클, 반사된 초음파의 수신, 그리고 초음파의 송신과 수신사이의 경과시간은 기준시간과 반사시간을 측정하는데 이용된다.
특히, 첫 번째 사이클에 있어서 믹서(21)는 지연펄스 발생기(19)와 접속하게 되어 있어 이로부터 나오는 지연펄스를 수신한다.
이로 하여금 믹서(21)가 반사기판(15)에 의해 반사된 초음파의 수신시 발생된 진동 지시 시그날에 대해 응답할 수 있게 된다.
그러므로 기준시간은 위의 바람직한 향태에 관해서 설명한 절차에 따라서 측정할 수 있다.
한편 두 번째 사이클에 있어서, 스위칭 릴레이(31)는 믹서(21)가 지연펄스 발생기(20)에 접속되도록 스위칭되어 있는데, 그 결과로 인해 믹서(21)는 바이브레이터(13)에 의해 수신된 반사파에 응답할 수 있게 된다.
그러므로 두 번째 사이클에 있어서, 반사시간은 리시버(18)에서 발생된 진동 지시 시그날의 수신시 펄스 카운터(24)의 카운터 값을 래칭시킴으로써 측정할 수 있다.
연산회로(26)는 첫 번째 사이클에서 측정한 값을 기준으로 해서 물을 통하는 초음파 속도(c)를 계산해 내고, 계산된 초음파 속도(c)와 두 번째 사이클에서 측정한 반사시간을 기준으로 해서 목표물 표면에 이르는 거리(d1)를 계산해 낸다.
상기의 변형은 믹서(22)와 펄스 카운터(25)를 제외시킴으로써 초음파 감지기 시스템의 구조를 간단히 한다.
제5도는 목표물 표면에 이르는 거리 측정의 실제적인 결과를 나타낸 그래프로서, 여기서 목표물 표면은 50㎛로 단계적으로 오프셋되어 있다.
또한, 제5도에서는 본 발명에 따른 초음파 감지기 시스템의 바람직한 양태에 의해서 측정치의 오차가 ±2㎛임을 알 수 있다. [이 측정치의 오차 ±2㎛는 실험결과로서, 원리적인 측정오차(정도) 0.75㎛에 덧붙여 수온의 변화와 반사체의 초음파 빔에 대한 경사, 혹은 초음파 반사파를 드레솔드(Threshold)에 의해 검출·추출할 때의 오차 등이 있기 때문에 정도가 약간 나빠져있다.] 이는 본 발명에 의해서 목표물 표면에 이르는 거리를 정확히 측정할 수 있음을 입증해 준다.
제6도는 거리 측정시 온도 의존 보정의 영향을 체크한 실험결과를 나타내는데, 실험은 물의 온도를 5 내지 45℃의 범위로 변화시켜서 수행하는 것으로 온도 의존 보정이 없을 경우 약 1,000㎛의 오차가 존재함을 알 수 있으며, 반면에 바람직한 양태에 따라 온도 의존 보정을 수행함으로써 오차가 ±5㎛ 이하로 됨을 알 수 있다.
그러므로 온도 의존 보정에 의해서 100배 이상의 정확도를 기할 수 있다.
제7도는 본 발명에 따른 감지기 시스템이 한 적용예를 나타낸 것으로 적용예에서는 롤링 밑에서 사용된 로울러와 같은 로울러 또는 로울러의 프로필을 모니터하는데 초음파 감지기 시스템을 사용하였다.
제7도에 나타나 있는 로울러 프로필 모니터링 시스템은 로울러(1) 그리고 로울러(1)의 맞은편 말단들을 회전식으로 지탱해 주는 한쌍의 로울러-초크 프레임(2)으로 구성되어 있다.
로울러-초크 프레임(2)은 고정 볼트(5)에 의해서 고무 댐퍼(4)를 통해 베이스(3)에 연결되어 있다.
댐퍼는 로울러-초크 프레임(2) 및/또는 로울러(1)에서 발생된 충격을 흡수하는 역할을 한다.
베이스(3)는 로울러(1)의 길이방향축에 거의 평행으로 놓여 있는 기준판(3A)을 지니고 있다.
레일(6)은 기준판(3A)위에 놓여 있으며, 로울러축에 거의 평행으로 뻗어나 있다.
감지기 헤드(11)는 레일(6)위에서 움직일 수 있도록 레일(6)위에 장착되어 있다.
또한 감지기 헤드(11)는 레일(6)을 따라 이동시키게 할 구동장치와 결합되어 있다.
이러한 구동장치는 전기모터(7A)와 나사진 프로펠링 샤프트(7B)로 구성되어 있는데, 프로펠링 샤프트(7B)는 감지기 헤드(11)에 형성되어 있는(본 도면에는 나타나 있지 않음) 나사진 개공과 맞물리 수 있기 때문에 전기모터(7A)에 의해 구동될시 샤프트 자체의 회전에 상응하는 거리를 통해 감지기 헤드를 구동시킨다.
제7도에는 감지기 헤드(11)에 대한 특정한 구동 장치가 나타나 있을지라도 이를 여러 방법으로 조립할 수 있다.
예를 들면 적절한 동력 전달장치를 통해 전기모터(7A)에 의해 구동벨트로써 감지기 헤드(11)를 구동시킬 수 있다.
팽창 및 수축성 구조로 되어 있는 먼지막이 커버(8A)는 구동장치 그리고 베이스(3)의 기준표면(3A)를 덮도록 되어 있다.
기준표면(3A)과 먼지막이 커버(8A) 사이에서 형성된 공간은 세정공기원(8B)과 통하도록 되어 있다.
세정공기원(8B)에서 나오는 세정공기는 상기의 공간으로 들어가 구동장치와 감지기 헤드(11)를 열, 물 및 먼지로부터 보호해준다.
감지기 헤드(11)는 또한 물 공급회로(8D)를 통해 물 공급원(8C)과 연결되어 있는데, 물 공급회로(8D)는 감지기 헤드(11)가 레일(56)을 따라 움직일 수 있도록 하기 위해 수축성 호스로 이루어짐이 바람직하다.
또한 물 공급원(8C)에서 나오는 물은 일정한 압력으로 가압시켜 제2도에 나타나 있는 바와같이 분사수 노즐(12)를 통해 방출될 때 분사수(9)를 형성할 수 있도록 함이 바람직하다.
초음파 감지기 회로(10A)는 연산/제어 유니트(41)의 출력과 접속되어 있으며, 연산/제어 유니트(41) 또한 펄스 카운터(43)와 접속되어 있는데, 펄스 카운터(43)는 엔코우터(42)와 접속되어 있다.
엔코우터(42)는 프로펠링 샤프트(7B)의 일정한 회전각에 응답하는 펄스를 발생시키고, 엔코우터(42)에서 나오는 펄스는 펄스 카운터(43)에 의해서 카운팅된다.
한편 펄스 카운터(43)는 그의 카운터 값을 지시하여 레일(6)을 따라 감지기 헤드(11)의 위치를 지시하는 카운터 시그날을 발생시키다.
연산/제어 유니트(41)는 펄스 카운터(43)에서 나오는 카운터 시그날을 기준으로 하여 목표물 표면의 축 위치를 로울러축에 관해 계산해낸다.
그런데 로울러 축이 베이스(3)의 기준표면(3A)에 관해 경사져 있을 경우는 목표물 표면의 축 위치에 관한 경사 의존 보정을 수행하여 보다 높은 정확도를 기할 수 있다.
그러므로 연산/제어 유니트(41)은 초음파 감지기 회로(10A)에서 나오는 거리지시자료와 펄스 카운터에서 나오는 목표물 표면 위치지시 자료를 수신하여 이를 프로필 디스플레이 유니트(44)에 내보낸다.
연산/제어 유니트(41)는 또한 전기모터(7A)에 구동 제어 시스날을 내보낸다.
펄스 카운터에서 나오는 목표물 표면 위치 지시카운터 시그날은 감지시 헤드(11)를 일정한 계획에 따라 다음 스캐닝 포인트에 이동시키기에 필요한 프로펠러 샤프트의 각 변위를 정하는데 있어서 피이드백 시그날 역할을 한다.
실질적으로, 연산/제어 유니트(41)는 감지기 헤드(11)의 축방향 이동이 끝날 때에 거리 및 축방향 이동 데이터를 보정한다.
특히, 로울링시 로울러 축의 말단부를 내마모성이 뛰어나야 하며, 로울러축이 기준표면과 실질적으로 평행일 때는 기준 표면으로부터 동일한 거리에 놓여져야 한다.
그러므로 축 말단부의 거리를 비교함으로써 축 위치 데이터와 거리 데이터에 대한 보정치를 계산할 수 있다.
다른 한편으로는 로울러(1)가 양 말단에서 기준표면으로부터 동일한 거리를 갖도록 설치해 로울러 축이 기준표면과 실질적으로 평행이 될 수 있도록 하기 위해서는 로울러(1)를 올려서 설치할 수 있는데, 이 경우는 상기의 초음파 감지기 시스템을 사용하여 각 말단부의 거리를 정밀히 측정할 수 있다.
제8도는 바람직한 양태에 의해 모니터한 로울러 프로필의 모니터링 결과를 나타낸 그래프인데, 라인(A)은 감지기 헤드(11)로부터 로울러 표면까지의 스캐닝 거리를 나타낸 생 자료(raw data)이고, 라인(B)은 베이스의 진동을 방지하고 로울러의 회전시 이심율과 진동의 영향을 방지하기 위해 라인(A)의 자료를 평균치한 평활자료를 각각 나타낸 것으로, 바람직한 양태의 로울러 프로필 모니터링 시스템은 로울러 크라운(roller crown)이 약 100㎛ 임을 정확히 밝혀내고 있음을 알 수 있다.
제9도는 본 발명에 따른 바람직한 양태의 로울러 프로필 모니터링 시스템의 변형예를 나타낸 것으로, 여기서는 로울러 프로필을 모니터하는데 여러개의 초음파 감지기를 사용하였다.
여기의 초음파 감지기는 1차 감지기(118A),(118B),(118C) 및 (118D) 그리고 보조 감지기(120A),(120B),(120C),(120D) 및 (120E)로 구성되어 있으며, 상기 1차 감지기는 초음파를 대응하는 로울러 표면부에 송신하고 인접한 감지기간의 주어진 거리에서 로울러 축에 평행하게 정렬되도록 설계되었고, 보조 감지기는 동일한 축의 위치로 상기의 대응하는 1차 감지기들과 쌍을 이루고 있다.
한편 상기의 보조 감지기들은 그 자차에서 발생시키는 초음파들 상기의 1차 감지기에서 발생되는 초음파의 송신 방향에 반대방향으로 송신하도록 설계되어 있다.
바람직한 구조에 있어서 1차 감지기와 2차 감지기(보조 감지기)의 각 쌍, 즉,(118A)-(120A),(118B-120B),(118C-120C),(118D)-(120D) 및 (118E)-(120E)은 서로 고정되어 있으며, 베이스(113)에 의해 지탱되고 있다.
베이스(113)는 로울러(111)의 축에 실질적으로 평행상태로 놓여 있는 기준표면(114)을 지니고 있다.
그런데 베이스(113)는 속이 빈 강파이프로 만드는 것이 바람직한데, 이는 파이프의 내부에 1차 및 2차 감지기의 조립체를 설치하기에 필요한 공간(115)을 만들기 위해서이다.
상기 베이스(113)의 내부공간(115)은 물로 채워져 있으며, 물을 저수조와 같은 물 공급원(122), 물 펌프(123) 및 유량계(124)로 구성된 물 공급 시스템에 의해서 공급을 받는다.
와이어(116)는 베이스(113)의 내부공간(115)을 통해 뻗어나 있어 모든 초음파로 가로 지르고 있는데, 와이어(116)의 한쪽 말단은 베이스(113)에 굳게 고정되어 있고 다른 한쪽은 스프링(117)에 연결되어 있다.
또한 와이어(116)는 로울러의 축과 평행으로 뻗어날 수 있도록 가이드(116a)에 의해 가이드되어 있다.
스프링(117)은 와이어의 직선상을 유지하기 위해 와이어(116) 상에 주어진 장력을 제공한다.
바람직한 구조에 있어서 와이어는 직경이 1mm인 피아노선이며, 스프링의 장력은 30 내지 40kg이다.
상기의 경우에 있어서, 장력이 10% 정도 편차를 보여야만 한다면 와이어(116)의 직선도의 편차는 5μm이거나 그 미만으로 된다.
1차 감지기 (118A),(118B),(118C),(118D), 및 (118E)는 각각 이들에 대응하는 감지기 회로 (119A),(119B),(119C),(119D) 및 (119E)에 접속되어 있는데, 이들의 각각의 또한 제1도 및 제4도에 나타난 회로와 실질적으로 동일하다. 이와 유사하게 2차 감지기(120A),(120B),(120C),(120D) 및 (120E)도 각각 이들에 대응하는 감지기 회로(121A),(121B),(121C),(121D) 및 (121E)에 접속되어 있는데, 이들 각각 또한 제1도 또한 제2도에 나타난 회로와 실질적으로 동일하다.
그러므로 1차 감지기(118A),(118B),(118C),(118D) 및 (118E)는 로울러 표면상의 대응하는 지점에 이르는 거리를 측정할 수 있도록 설계되어 있다. 반면에 보조 감지기(120A),(120B),(120C),(120D) 및 (120E)는 와이어(116)에 의해 반사된 초음파에 응답하여 와이어(116)에 이르는 거리를 측정한다. 위에서 설명한 바와 같이 장력은 스프링(117)에 의해서 와이어(116)에 일정하게 적용하고 있기 때문에 와이어는 그의 직선도가 항상 일정하게 유지되고 있다. 그러므로 베이스(113)가 다소 변형될 경우-이는 기준표면(114)의 변형을 야기시킨다.-매 측정 포인트에서 와이서(116)에 이르는 거리를 측정함으로써 이를 모니터할 수 있다.
와이어(116)상의 여러 지점에 이르는 거리를 측정하여 검출된 변형은 1차 감지기에 의해서 이행된 측정치를 기준으로 하여 계산된 거리값을 보정하기 위한 보정치를 산출해 낸다. 이는 베이스(113)의 변형의 영향을 배제시키고 로울러 프로필의 정확한 측정을 가능케 한다.
감지기 회로(119A),(119B),(119C),(119D) 및 (119E) 그리고(121A),(121B),(121C),(121D) 및 (121E)는 스캐닝 회로(125)에 그 출력이 접속되어 있다.
스캐닝 회로(125)는 디스플레이 유니트(127)와 결합되어 있는 연산 회로(126)에 그 출력이 접속되어 있다.
한편 스캐닝 회로(125)는 접속된 감지기 회로중에 하나에서 나오는 거리지시 데이터를 도입시키기 위해 감지기 회로중의 하나를 연산회로(126)에 선택적으로 접속시킨다.
연산회로(126)에 의해 이행된 연산동작은 제1도 또는 제4도에 나타난 것과 실질적으로 동일하다.
실제적인 측정에 있어서, 각 감지기(118A),(118B),(118C),(118D),(118E) 그리고 (120A),(120B),(120C),(120D),(120E)는 주어진 간격, 즉 200μsec의 간격으로써 거리를 주기적으로 측정한다. 스캐닝 회로(25)는 1차 거리 유지회로(119A),(119B),(119C),(119D) 및 (119E)에서 나오는 거리지시 시그날을 연속적으로 먼저 통과시킨다.
연산회로(126)는 1차 거리 유도회로(119A),(119B),(119C),(119D) 및 (119E)에서 나오는 거리지시 시그날을 기준으로 하여 각각의 거리 P1, P2, P3, P4, 및 P5를 계산해 낸다. 이어서 스캐닝회로(125)는 1차 거리 유도회로(121A), (121B), (121C), (121D) 및 (121E)에서 나오는 거리지시 시그날을 연산회로(126)에 도입시키고, 연산회로(126)는 각각 대응하는 지정에서 와이어(116)에 이르는 거리(S1),(S2),(S3),(S4) 및 (S)를 계산해 낸다. 연산회로(126)에서 계산된 거리값은 각 측정지점에서 로울러(111)의 축에 평행인 축(X)으로부터 목표물 표면에 이르는 거리 Zi(i=1,2,…5)를 다음식에 따라 계산하는데 이용된다:
Zi=Pi+Si+Ui
위 식에서 U1, U2, U3, U4, 및 U5는 공지의 프로필(known profile)을 지닌 기준 로울러의 프로필을 측정하여 미리 계산되는 것이다. 특히 기준 로울러의 공기 프로필을 측정함으로써 (Pi) 및 (Si)의 측정에 의해 값(Ui)을 산술적으로 계산할 수 있다. 그러므로 와이어(116)에서 축(X)에 이르는 거리(Ui)는 각 측정 지점에 대한 공지의 값으로 된다. 앞에서 설명한 바와 같이 축(X)은 앞에서 설정한 임의의 축이기 때문에 각 측정지점에서 거리(Pi) 및 (Si)를 측정함으로써 상기 프로필을 관찰할 수 있다. 그러므로 이와 같은 배열을 함으로써 베이스(113)의 변형이나 로울러 축의 각 이동에 따른 영향을 만족스럽게 그리고 성공적으로 배제할 수 있다.
제12(a)도 및 12(b)도는 제9도의 로울러 프로필 모니터링 시스템에 의해서 이행된 측정의 결과를 나타낸 그래프이다.
제12(a)도는 보통의 조건하에서 이행된 측정의 결과로서 이는 마이크로메터로써 측정한 결과와 실질적으로 동일하고, 제12(b)도는 또 다른 측정의 결과로서 베이스(113)의 의도적인 변형을 위해 베이스에 20kg의 하중을 가한 것이다.
제12(b)도에 나타난 바와 같이 1차 감지기에서 나오는 거리지시 데이터를 기준으로 하여 계산된 거리(Pi)는 베이스 변형(약 100㎛)에 의해 영향을 받음을 알 수 있다. 그렇지만 보조 감지기의 거리값(Si)은 베이스의 변형을 정확히 반영한다. 그러므로 거리값(Si)을 기준으로 하여 계산한 보정치와 함께 거리값(Pi)의 보정치로서의 거리(Zi)는 제12(a)도에 나타난 결과와 실질적으로 상응한다.
제13도는 본 발명에 따른 바람직한 양태의 로울러 프로필 모니터링 시스템의 또 다른 변형을 나타낸 것이다.
본 양태에 있어서 베이스(113)는 가이드(134)에 의해서 움직일 수 있게 지탱되어 있으며, 또한 상기 베이스를 축방향으로 움직일 수 있게 하는 구동기구(132)와 결합되어 있다. 상기 구동기구(132)는 구동기구의 축위치를 탐지함으로써 베이스(113)의 위치를 탐지하는 위치 감지기(113)와 결합되어 있다. 그런데 실제적으로 구동기구(132)는 베이스(113)를 각각 1차 감지기(118)과 보조 감지기(120)로 이루어진 감지기 어셈블리간의 공간에 대략 상응하는 정도로써 축방향으로 이동시키는 역할을 한다.
제13도에 있어서, 10조의 감지기 어셈블리는 베이스(113)위에 20cm의 간격을 두고 정렬되어 있다. 그러므로 구동기구(132)는 대략 20cm까지 베이스(113)를 구동시킬 수 있다. 베이스(113)의 축운동 속도는 100mm/sec 내지 200mm/sec의 범위 이내에 들도록 조절하는데, 베이스(113)는 전 구동구간을 통하는 일정한 속도로 구동됨이 바람직하다.
제14도에 나타나 있는 바와 같이 베이스(113)가 거리(ℓ)를 통하여 초기 위치로부터 이동될 때 거리 R1(ℓ), R2(ℓ), …R10(ℓ)은 1차 감지기(118A), (118B),…(118J)에 의한 측정의 결과로 부터 계산되며, 거리 S1(ℓ), S2(ℓ), …S10(ℓ)은 1차 감지기(120A), (120B),…(120J)에 의해 측정의 결과로부터 계산된다.
다음 설명을 간단히 하기 위하여 와이어(116)가 제4도의 축(X)에 평행으로 뻗어나 있어 거리값(Ui)이 전 측정위치에 걸쳐 일정함을 가정한다. 따라서 각 측정 위치에서 보정한 후의 로울러 프로필 지시 거리값 Zi(ℓ)는 다음식으로 표현할 수 있다:
Zi=Ri=Si
그러므로 베이스(113)가(ℓ) 정도 이동되었을 때 각 측정 위치에서의 로울러 프로필 지시 거리값 Zi(ℓ)는 다음식으로 표현할 수 있다:
Zi(ℓ)=Ri(ℓ)+Si(ℓ)
한편 측정한 위치들의 X-좌표, 즉 축의 좌표는 ℓ, L+ℓ, 2L+ℓ,…9L+ℓ로 표현된다.
감지기 어셈블리의 축 둘레의 공간(L)에 상응하는 거리 통하여 베이스(113)를 이동시키면 고정된 축 위치들을 커버링하는 일련의 로울러 표면 윤곽치가 로울러 프로필 지시 거리값(Zi)에 의해서 형성된다.
로울러 프로필을 정확히 측정하기 위해서는 X-축에 수직인 감지기 어셈블리의 변위 그리고 감지기와 로울러 표면간의 상대적 기울기의 변화를 고려하여 로울러 프로필 지시 거리값(Zi)을 보정하는 것이 필요로 하게 된다.
이러한 보정을 완전히 이동된 베이스(113)의 위치에서 로울러 프로필 지시 거리값 Zi(ℓ)에 관하여 설명하면 다음과 같으며, 보정은 다음 식으로 주어진다:
Z´i(L)=Zi(L)+a1×i+b1
위의 식에서 계수 a 및 b는 다음 식으로 표현되는 △가 최소가 되도록 유도된다:
Figure kpo00007
위의 식에서 Zi(o)(i=1∼10)는 초기 위치에서 측정된 값이다.
다음에는 Qi(제15도 참조)(i=1∼11)를 다음 식으로부터 유도해 낸다:
Figure kpo00008
또한 다음에는 Q´i(i=1∼11)를 다음 식으로부터 유도할 수 있다:
Q´i＋Qi-{(Q11-Q1)×(i-1)/10+Q1}.
위의 식에서 Q´i(i=1∼11)는 X-좌표, X=0, L, 2L…10L에 의해 주어진 각 측정위치에서의 로울러 프로필 지시 거리값이다.
한편 다음의 식에 따라서 영역(o,L) 및 (9L,10L)에서 내삽을 수행할 수 있다:
Figure kpo00009
다음에는 거리(ℓ)를 통해 이동한 어떤 중간 지점에서의 로울러 프로필 지시 거리값(Wi)을 다음의 식에 따라 거리값 Zi(ℓ)(i=1,2,…10)를 변형시켜 유도해낸다:
Wi=Zi(ℓ)+a2×i+b2
위의 식에서
Figure kpo00010
값(Wi)은 상기의 절차에 따라 어떤 중간 측정 지점에서 유도해 낼 수 있으며, Pi에 의해 오프셋된 각각의 측정 위치에서의 좌표(Xi,Zi) 값(Wi)을 기준으로 하여 다음식으로 유도해 낼 수 있다:
Xi=ℓ+L×(i-1)
Zi=Wi
그러므로 유도된 연속적인 측정위치의 좌표는 제15도에 나타난 바와 같이 로울러 프로필을 나타내는 연속적인 곡선을 형성하게 된다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 양태의 초음파 감지기는 목표물 표면에 이르는 거리를 정확히 측정할 수 있을 뿐 아니라, 바람직한 양태의 로울러 프로필 모니터링 시스템에 응용하면 로울러 프로필을 정확히 측정하고 모니터링할 수 있게 된다.
지금까지 본 발명의 바람직한 양태는 본 발명의 완전한 이해를 촉진시키기 위해 기술된 것으로 본 발명이 특정한 양태에 한정된 것은 아닐지라도 다음의 특허청구의 범위에 기술된 본 발명의 정신을 벗어남이 없이 실현할 수 있는 모든 가능한 양태와 이러한 양태의 변형를 포함한다.

Claims (49)

  1. 기준면을 지니고 있는 베이스; 기준면에 대한 목표물을 지탱하는 지지체; 초음파를 목표물의 표면상에 있는 여러 측정위치에 송신하고 반사된 초음파를 수신하며, 초음파의 송신과 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정하고, 각 측정위치에 관한 거리지시값을 유도하는 표면 스캐닝 기구; 초음파의 전파속도를 유도해내고 전파속도에 의존하는 1차 보정치를 유도해 내는 1차 보정기구; 목표물 표면상의 각 측정위치와 스캐닝 기구 사이에 이르는 거리를 유도해 내는 연산기구; 그리고 목표물 표면상태를 모니터한 결과를 표시하는 디스플레이 유니트; 상기 표면 스캐닝 기구가 일정한 통로를 따라 1차 제어 타이밍으로 목표물 표면을 향해 초음파를 송신하는 송신기; 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신하고, 반사된 초음파를 수신할시 리시버 시그날을 발생시키는 리시버; 1차 제어 타이밍으로부터 목표물 표면에서 반사된 초음파가 수신되는 2차 타이밍에 이르는 경과시간을 측정하기 위한 타이머; 반사시간을 기준으로 하여 목표물 표면에 이르는 거리를 유도해 내며, 목표물 표면에 이르는 거리를 나타내는 출력치를 유도해 내는 프로세서; 1차 보정기구가 초음파가 송신되는 통로 내부에 설치되어 있고, 초음파의 일부를 목표물 표면을 향해 통해 보내고 나머지는 반사시키며, 일정한 거리를 두고 송신기와 떨어져 있는 반사기; 초음파의 송신과 반사기에서 반사된 초음파의 수신사이의 기준 경과시간을 측정하는 타이머; 상기의 기준 시간과 반사기에 이르는 공지의 거리를 기준으로 하여 초음파의 송신속도를 유도해 내고, 상기의 송신속도와 반사시간을 기준으로 하여 상기 각 측정위치에서의 거리지시값을 유도해 내는 프로세서; 물 공급원에 연결되어 있고, 초음파로를 따라 측정위치를 향해 물을 분사시키는 분사수 노즐로 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 송신기 및 리시버는 공통진동자를 포함하고, 이 공통진동자는 측정위치로 송신되도록 초음파를 발생시키며, 상기 측정위치로부터 반사된 초음파에 응답하여 진동하도록 하는 로울러 프로필의 측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 진동자가 측정위치에 송신될 초음파를 발생시키기 위해 주어진 주파수 및 제어 타이밍으로 진동자를 구동하는 송신기 회로, 그리고 진동자의 진동을 탐지하고 진동자의 진동이 탐지될 때 리시버 시그날을 발생시키는 수신기 회로에 접속된 로울러 프로필의 측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 타이머가 경과시간의 측정을 시작하기 위해 초음파를 송신하기 위한 진동자의 구동에 응답하는 로울러 프로필의 측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 프로세서가 기준시간 및 반사기에 이르는 공지의 거리를 기준으로 하여 음파의 속도를 유도해 내고, 또한 유도된 음파의 속도와 반사시간을 기준으로 하여 측정위치에 이르는 거리를 유도해 내는 로울러 프로필의 측정장치.
  6. 제1항에 있어서, 제어 타이밍으로 측정위치에 송신될 초음파를 발생시키기 위해서 송신기를 명령하는 송신기 제어 시그날을 발생하는 송신기 회로로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  7. 제6항에 있어서, 타이머는 기준시간을 측정하기 위한 1차 타이머와 반사시간을 측정하기 위한 2차 타이머로 이루어져 있으며, 1차 및 2차 타이머는 각각 기준 및 반사시간의 측정을 시작하기 위해서 송신기 제어 시그날에 응답하는 로울러 프로필의 측정장치.
  8. 제7항에 있어서, 1차 타이머와 결합되어 있으며, 1차 타이머의 타이머값을 래치하기 위한 1차 래칭 시그날을 발생시키기 위하여 반사기에서 반사된 초음파의 수신에 응답하는 1차 래치시그날 발생기; 그리고 2차 타이머와 결합되어 있으며, 2차 타이머의 타이머 값을 래칭하기 위한 2차 래치 시그날을 발생시키기 위하여 목표물 표면에서 반사된 초음파의 수신에 응답하는 2차 래치 시그날 발생기로 추가로 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  9. 제8항에 있어서, 1차 래치 시그날 발생기는 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 1차 지연 후에 주어진 기간(duration)을 지닌 1차 가능화 시그날을 내보내기 위한 1차 지연 회로; 그리고 1차 래치 시그날을 발생 시키기 위해서 1차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 1차 래치 시그날 발생기로 이루어져 있으며, 한편 2차 래치 시그날 발생기는 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 2차 지연 후에 주어진 기간을 지닌 2차 가능화 시그날을 발생시키기 위한 2차 지연 회로; 그리고 2차 래치 시그날을 발생시키기 위해서 2차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 2차 래치 시그날 발생기로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  10. 제9항에 있어서, 1차 지연은 반사기에서 반사된 초음파의 수신 이전의 최소 경과시간과 대략 일치하며, 2차 지연 시간은 목표물 표면에서 반사된 초음파 수신 이전의 최소 경과시간과 대략 일치하는 로울러 프로필의 측정장치.
  11. 제6항에 있어서, 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 1차 지연 후에 주어진 기간을 갖는 1차 가능화 시그날을 발생시키는 1차 지연 회로; 그리고 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 2차 지연후에 주어진 기간을 갖는 2차 가능화 시그날을 발생시키는 2차 딜레이 회로로 추가로 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  12. 11항에 있어서, 1차 및 2차 지연 회로는 1차, 2차 가능화 시그날 중의 하나를 타이머 회로에 선택적으로 통과시키는 스위칭 회로를 거쳐 타이머에 접속되어 있으며, 타이머는 1차 및 2차 경과시간을 각각 나타내는 1차, 2차 타이머 값을 래치하기 위한 1차 및 2차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 로울러 프로필의 측정장치.
  13. 제1항에 있어서, 초음파 감지기가 목표물 표면상의 여러 측정 위치 사이의 초음파 감지기를 구동시키는 구동기구와 결합된 로울러 프로필의 측정장치.
  14. 제13항에 있어서, 베이스가 초음파 감지기를 이동성으로 수용하는 로울러 프로필의 측정장치.
  15. 제13항에 있어서, 구동기구가 초음파 감지기의 위치선정을 제어하기 위해 목표물에 관해서 초음파 감지기 위치를 탐지하는 위치 감지에 결합된 로울러 프로필의 측정장치.
  16. 제14항에 있어서, 구동기구가 초음파 감지기의 위치선정을 제어하기 위해 목표물에 관해서 초음파 감지기 위치를 탐지하는 위치 감지기에 결합된 로울러 프로필의 측정장치.
  17. 제16항에 있어서, 베이스가 초음파 감지기를 액체 초음파 송신 매질로 채워져 있는 곳 내부에 수용하는 로울러 프로필의 측정장치.
  18. 제17항에 있어서, 베이스의 편향을 탐지하고, 측정위치의 거리지시값을 보정하기 위해 2차 보정값을 유도해 내는 2차 보정기로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  19. 제18항에 있어서, 2차 보정기구가 표면 스캐닝 기구에 결합되어 있고, 표면 스캐닝 기구의 방향과 반대방향으로 향하고 있으며, 또한 정상 조건하에서 기준 표면과의 거의 평행으로 놓여 있는 기준선을 한정하는 직선상의 와이어를 향하여 초음파를 송신하도록 되어 있는 보조 초음파 감지기로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  20. 제19항에 있어서, 직선상의 와이어가 와이어의 직선도를 유지하기 위해서 와이어에 일정한 장력을 제공하는 장력 제공기에 결합된 로울러 프로필의 측정장치.
  21. 기구면을 정하고; 모니터할 표면을 향해 초음파를 송신하고 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신하는 초음파 감지기로 이루어진 스캐닝기구를 위치하고; 송신된 초음파의 일부를 반사시킬 수 있도록 초음파로의 통로 내부에 주사기구와 일정한 거리를 두고서 기준거리지시기구를 설치하고; 모니터할 표면에 일정한 거리를 두고 기준면과 마주볼 수 있도록 목표물을 지지하고; 초음파로를 통해서 목표물의 표면을 향해 초음파를 송신하고; 초음파의 송신과 기준거리지시기구에서 반사된 초음파의 수신사이의 1차 경과시간을 측정하고; 초음파의 송신과 모니터할 표면에서 반사된 초음파의 송신사이의 2차 경과시간을 측정하고; 1차 경과시간 그리고 기준거리지시기구에 이르는 일정한 거리를 기준으로 음파의 속도를 유도해 내고; 음파의 속도와 2차 경과시간을 기준하여 기준표면과 모니터할 표면간의 거리를 유도해 내고; 목표물 표면상의 여러 측정위치에서 상기 거리 측정단계를 수행하고 표면상태 자료를 숫자상으로 나타내고; 디스플레이에 상기 표면상태 자료를 표시하는 단계로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  22. 제21항에 있어서, 일정한 스캐닝 계획에 따라 스캐닝 기구를 구동하고 상기의 스캐닝 계획에 따라 여러 측정위치에서 거리측정을 수행하는 단계로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  23. 제21항에 있어서, 기준면의 편향을 모니터할 기준선을 직선상으로 하는 와이어를 제공하고; 기준선을 향해 보조 초음파를 송신하고 와이어(기준선 한정기구)에서 반사된 초음파를 수신하는 보조 초음파 감지기를 제공하고; 보조 초음파의 송신과 와이어에서 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정하고; 기준면과 기준선 사이의 거리를 유도해 내고; 유도된 거리를 기준으로 하여 기준선에 관한 기준면의 편향을 유도해내고; 유도된 편향을 기준으로 하여 표면 상태의 자료를 수정하는 단계로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  24. 기준면을 한정지으며, 일정한 거리, 범위내에서 축의 길이 방향으로 이동할 수 있는 이동성 베이스; 로울러 축이 이동성 베이스 축의 길이 방향과 평행하게 놓을 수 있도록 로울러를 로울러 표면 위에 지탱시키는 고정 지지체; 각각이 로울러 표면상의 측정위치를 행해 초음파를 송신하고 반사된 초음파를 수신하며, 기준면 상에 장착된 여러개의 1차 초음파 감지기; 모니터할 기준면의 편향에 관해 거의 직선의 기준선을 제공하고, 베이스의 길이 방향과 축과 거의 평행으로 놓여 있는 와이어 각각 초음파를 와이어를 향해 송신하고 반사된 초음파를 수신하며, 각각의 상응하는 1차 초음파 감지기와 결합되어 있는 여러 개의 보조 초음파 감지기; 각각이 1차 초음파 감지기에 결합되어 있으며, 1차 초음파 감지기에서 초음파의 송신과 로울러 표면에서 반사된 초음파의 수신사이의 1차 경과시간을 측정하고 1차 경과시간 지시 시그날을 발생시키는 1차 타이머; 각각의 보조 초음파 감지기에 결합되어 있으며, 보조 초음파 감지기로부터의 초음파의 송신과 와이어에서 반사된 초음파의 수신사이의 2차 경과 시간을 측정하고 2차 경과 시간 지시 시그날을 발생시키는 2차 타이머; 1차 경과 시간 지시 시그날을 기준으로 하여 각각의 1차 초음파 감지기와 이에 대응하는 로울러 표면상의 측정 위치간의 거리를 유도하고, 2차 경과시간 지시 시그날을 기준으로 하여 기준면의 편향을 탐지하고, 보정치를 유도해 내고 보정치를 기준하여 유도된 거리를 수정하고, 그리고 로울러 프로필 지시 자료를 유도해 내는 연산기; 그리고 로울러 프로필 지시 자료를 수신해 이를 디스플레이하는 디스플레이로 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  25. 제24항에 있어서, 1차 초음파 감지기가 규칙적으로 일정한 간격을 두고 로울러의 축을 따라 정렬되어 있는 로울러 프로필의 측정장치.
  26. 제25항에 있어서, 이동성 베이스의 주어진 이동간격이 1차 감지기들간의 간격과 거의 동일한 로울러 프로필의 측정장치.
  27. 제26항에 있어서, 베이스가 와이어가 뻗어나 있는 내부공간을 한정짓는 속이 빈 구조로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  28. 제27항에 있어서, 내부공간이 물로 채워져 있는 로울러 프로필의 측정장치.
  29. 제24항에 있어서, 베이스의 축위치를 모니터링하고 베이스 위치 지시 시그날을 내보내는 위치 감지기로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  30. 제29항에 있어서, 연산회로가 베이스 위치 지시 시그날에 응답하여 축의 길이방향에 수직인 로울러에 관해 베이스의 오프셋을 산술적으로 유도해 내고, 또한 로울러 프로필 지시 자료의 보정을 위해 횡축 이동 의존 보정을 유도해 내는 로울러 프로필의 측정장치.
  31. 제24항에 있어서, 각각의 1차 및 보조 감지기가, 초음파를 초음파로를 따라 1차 제어 타이밍으로 목표물 표면을 향해 송신하는 송신기; 초음파가 목표물 표면을 향해 송신하는 통로 내부에 설치되어 있고, 초음파의 일부를 초음파의 통로를 통해 목표물 표면에 도달할 수 있도록 하고 그의 나머지는 반사시키며, 공지의 거리를 두고 수신기와 떨어져 있는 반사기; 반사기 및 목표물 표면에서 반사된 초음파를 수신하고 반사된 초음파의 수신시 리시버 시그날을 내보내는 리시버; 1차 제어 타이밍으로부터 로울러 표면의 측정위치에서 반사된 초음파가 수신되는 2차 타이밍에 이르는 1차 경과시간, 그리고 1차 제어 타이밍으로부터 로울러 표면의 측정위치에서 반사된 초음파가 수신되는 3차 타이밍에 이르는 3차 경과시간을 측정하는 타이머; 그리고 3차 경과시간과 공지의 거리를 기준으로 하여 초음파의 속도를 유도해 내고 1차 경과 시간과 음파의 속도를 기준으로 하여 측정위치의 거리를 유도해 내는 연산회로로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  32. 제31항에 있어서, 송신기 및 리시버는 공통진동자를 포함하고, 이 공통진동자는 측정위치로 송신되도록 초음파를 발생시키며, 상기 측정위치로부터 반사되는 초음파에 대응하여 진동하는 로울러 프로필의 측정장치.
  33. 제32항에 있어서, 진동자는 측정위치로 송신할 초음파를 발생시키기 위해 주어진 주파수 및 제어 타이밍으로 상기 진동자를 구동하도록 된 송신기 회로와, 진동자의 진동을 탐지하고 진동자의 진동이 탐지될 때마다 리시버 시그날을 발생시키는 수신기 회로에 접속된 로울러 프로필의 측정장치.
  34. 제33항에 있어서, 타이머는 경과시간의 측정시간과, 초음파 전송을 위한 상기 진동자의 여진(drive)에 따라 발생되는 제1차 리시버 시그날과 상기 제1경과시간 지시값을 나타내도록 제1차 타이머 값을 래치시키는 제2차 리시버 시그날과, 상기 제3경과시간 지시값을 나타내도록 제2차 타이머 값을 래치시키는 제3차 수신기 시그날에 대응작동하는 로울러 프로필의 측정장치.
  35. 제31항에 있어서, 물 공급원에 연결되어 있고, 초음파의 통로를 따라 목표 물 표면을 향해 배출되도록 되어 있는 분사수 노즐로 추가로 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  36. 제31항에 있어서, 송신기가 제어 타이밍으로 목표물 표면에 소인할 초음파를 발생시키도록 명령하는 송신기 제어 시그날을 내보내게 되는 송신기 회로로 추가로 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  37. 제36항에 있어서, 타이머가 1차 경과시간을 측정하기 위한 1차 타이머 그리고 2차 경과시간을 측정하기 위한 2차 타이머로 이루어져 있으며 1차 및 2차 타이머가 각각의 1차 및 2차 경과시간의 측정을 시작하는 송신기 제어 시그날에 응답하는 로울러 프로필의 측정장치.
  38. 제37항에 있어서, 1차 타이머가 결합되어 있으며, 1차 타이머의 타이머값을 래치하기 위한 1차 래칭 시그날을 발생시키 위하여 반사기에서 반사된 초음파의 수신에 응답하는 1차 래치 시그날 발생기; 그리고 2차 타이머와 결합되어 있으며, 2차 타이머의 타이머값을 래칭하기 위한 2차 시그날을 발생기키기 위하여 목표물 표면에서 반사된 초음파의 수신에 응답하는 2차 래치 시스날 발생기로 추가로 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  39. 제38항에 있어서, 1차 래치 시그날 발생기는 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 1차 지연 후에 주어진 기간(druation)을 지닌 1차 가능화 시그날을 내보내기 위한 1차 지연 회로; 그리고 1차 래치 시그날을 발생시키기 위해서 1차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 1차 래치 시그날 발생기로 이루어져 있으며, 한편 2차 래치 시그날 발생기는 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 2차 지연 후에 주어진 기간을 지닌 2차 가능화 시그날을 발생시키기 위한 2차 지연 회로; 그리고 2차 래치 시그날을 발생시키기 위해서 2차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 2차 래치 시그날 발생기로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  40. 제39항에 있어서, 1차 지연은 반사기에서 반사된 초음파의 수신 이전의 최소 경과시간과 대략 일치하며, 2차 지연 시간은 목표물 표면에서 반사된 초음파 수신 이전의 최소 경과 시간과 대략 일치하는 로울러 프로필의 측정장치.
  41. 제37항에 있어서, 송신기 제어 시그날 다음이 주어진 1차 지연 후에 주어진 기간을 갖는 1차 가능화 시그날을 발생시키는 1차 지연 회로; 그리고 송신기 제어 시그날 다음의 주어진 2차 지연후에 주어진 기간을 갖는 2차 가능화 시그날을 발생시키는 2차 지연 회로 추가 구성된 로울러 프로필의 측정장치.
  42. 제41항에 있어서, 1차 및 2차 지연 회로는 1차 및 2차 가능화 시그날중의 하나를 타이머 회로에 선택적으로 통과시키는 스위칭회로를 거쳐 타이머에 접속되어 있으며, 타이머는 1차 및 2차 경과시간을 각각 나타내는 1차 및 2차 타이머값을 래치하기 위한 1차 및 2차 가능화 시그날의 존재하에 반사된 초음파의 수신에 응답하는 로울러 프로필의 측정장치.
  43. 제24항에 있어서, 1차 및 보조 감지기 그리고 사용하는 1차 및 보조 감지기 중의 하나에서 나오는 경과시간 지시 데이터 중의 하나를 선택적으로 입력시키기 위한 연산회로의 사이에 설치된 입력 셀렉터로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  44. 기준면을 한정짓고; 초음파를 모니터할 표면에 송신하고 로울러의 표면에서 반사된 초음파를 수신하는 초음파 감지기로 이루어진 스캐닝 기구를 위치하고; 송신된 초음파의 일부를 반사되는 초음파로 내부에 스캐닝 기구와 일정한 거리를 두고서 표준거리지시기를 위치하고; 모니터할 표면에 대략 일정한 거리를 두고 기준면과 바라볼 수 있도록 로울러를 지지하고; 로울러의 표면을 향하여 초음파로를 통해 초음파를 송신하고; 초음파의 송신과 표준 거리지시기에서 반사된 초음파의 수신사이의 1차 경과시간을 측정하고; 초음파의 송신과 모니터할 표면에서 반사된 초음파의 수신사이의 2차 경과시간을 측정하고; 1차 경과시간과 기준거리지시기에 이르는 공지의 거리를 기준하여 음파의 속도를 유도해 내고; 음파의 속도와 2차 경과 시간을 기준하여 기준면과 모니터할 면 사이의 거리를 유도해 내고; 여러 측정 위치간의 주어진 속도 및 일정한 타이밍으로 스캐닝 기구를 구동시키고; 로울러 표면상이 여러 측정 위치에서 상기의 거리 측정 단계를 실시하여 다수의 표면 상태 테이터를 정하고; 디스플레이상에 표면상태 데이터를 디스플레이시키는 단계로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  45. 제44항에 있어서, 모니터할 기준면의 편차에 관해 기준거리지시기구를 형성하는 와이어를 위치하고; 보조 초음파를 기준선으로 향해서 송신하고 기준선 한정기구에서 반사된 초음파를 수신하는 보조 초음파 감지기를 위치하고; 보조 초음파의 송신과 기준선 한정 기구에서 반사된 초음파의 수신사이의 경과시간을 측정하고; 기준면과 기준선 사이의 거리를 유도해 내고; 유도된 거리를 기준으로 하여 기준선에 관한 기준면의 편향을 유도해 내고; 유도된 편향을 기준으로 하여 표면 상태 데이터를 수정하는 단계로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  46. 제44항에 있어서, 여러 측정위치 사이의 스캐닝 기구를 구동시키는 단계는 스캐닝 기구의 간격에 대략 일치하는 거리내에 스캐닝 기구를 이동시킴으로써 형성되고, 스캐닝 기구와 함께 기준면의 축상 변위를 야기시킴으로써 수행되는 로울러 프로필의 측정장치.
  47. 제46항에 있어서, 기준면의 축상 변위에 따른 기준면의 변위를 보상하기 위해 기준면과 로울러의 표면사이의 유도된 거리를 보정하는 단계로 추가로 이루어진 로울러 프로필의 측정장치.
  48. 제 47항에 있어서, 완전히 이동된 위치에서 보정된 거리 Zi(ℓ)를 다음식으로 유도하는 로울러 프로필의 측정방법:
    Z´i(L)=Zi(L)+a1×i+b1
    위의 식에서 계수 a 및 b는 다음식으로 정의되는 △가 최소가 되도록 유도된다:
    Figure kpo00011
    위의 식에서 Zi(o)(i=1∼10)는 초기위치에서 측정치이다.
  49. 제47항에 있어서, 거리(ℓ)를 통해서 이동된 어떤 중간위치에서의 보정된 로울러 프로필 지시 거리값 (Wi)을 다음식에 따른 거리값 Zi(*)(i=1.2.…10)을 보정하여 유도하는 로울러 프로필의 측정장치.
    Wi=Zi(ℓ)+a2×i+b2
    위의 식에서
    Figure kpo00012
    위의 식에서, Qi(i=1∼11)는 다음식에 따라 유도되며:
    Figure kpo00013
    Qi(i=1∼11)은 다음식에 따라 유도된다:
    Q´i=Qi-{(Q11-Q1)×(i-1)/10+Q1}.
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