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KR20100077582A - 스트립 위치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

스트립 위치 검출 장치 및 방법 Download PDF

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KR20100077582A
KR20100077582A KR1020080135569A KR20080135569A KR20100077582A KR 20100077582 A KR20100077582 A KR 20100077582A KR 1020080135569 A KR1020080135569 A KR 1020080135569A KR 20080135569 A KR20080135569 A KR 20080135569A KR 20100077582 A KR20100077582 A KR 20100077582A
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김기원
홍재화
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 스트립 에지 검출 장치에 관한 것으로, 스트립 상에 레이저에 의한 슬릿 광을 조사하는 슬릿 광 조사 장치와, 스트립에 의해 반사된 상기 슬릿 광의 반사광을 촬상하는 카메라를 포함하며, 스트립이 존재하는 영역과 스트립이 존재하지 않는 영역의 밝기 차에 의해 스트립 에지를 검출한다.
본 발명에 의하면, 모든 설비를 노 외부에 설치할 수 있기 때문에 작업중 파손의 문제가 없고, 쉽게 정비할 수도 있다. 그리고, 스트립 위의 레이저에 의한 밝기차를 이용하기 때문에 정확한 에지 검출이 가능하므로 스트립의 사행 또는 이탈에 의한 설비 사고 등을 미연에 방지할 수 있고, 그에 따라 설비 보호 및 생산성 향상에 기여할 수 있다.
스트립, 에지 검출, 슬릿 광, 카메라, 밝기차

Description

스트립 위치 검출 장치 및 방법{Apparatus and methof of detecting for strip position}
본 발명은 스트립 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저(laser) 슬릿 광을 이용하여 스트립(Strip)의 에지(Edge)를 검출함으로써 스트립의 위치를 검출하는 스트립 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 제철 설비에서는 쇳물을 응고시켜 다양한 제품을 생산하고 있으며, 이러한 제품중 스트립(Strip)은 얇은 두께와 긴 길이로 이루어져 회전하는 롤에 의하여 그 진행이 원할하게 이루어질 수 있도록 지지된다. 그리고, 이러한 스트립은 롤에 의하여 설정된 적정 경로를 진행하는 도중에 경로를 벗어나는 사행이 자주 발생하고, 스트립의 사행에 의하여 노벽 파손 및 판 파단 등이 발생하게 된다. 따라서, 스트립의 사행은 스트립이 롤 중심부로 정확하게 진행하고 있는지 여부를 검출하고 사행 조정 장치를 이용하여 조절하게 된다. 스트립의 사행을 검출하는 방법으로는 스트립의 에지를 검출하는 방법이 가장 많이 이용되고 있다.
기존의 스트립 에지 검출 방법은 형광등 방법, I-TV 방법, 전자기 유도 방법, 안테나에 의한 측정 방법 등이 있다. 먼저, 형광등 방법은 형광등과 감광 셀을 스트립 에지 부분에 대향되는 위치에 설치하여 스트립에 의해 차폐되는 부분과 광이 전달되는 경계 부분을 검출하여 에지를 검출하는 방법이다. 또한, I-TV 방법은 노벽 에지부를 통해 백색 조명을 투광시키고, 강판 하부에 반사판을 마련하여 조명으로부터 조사된 광이 반사판에 의해 강판 상부로 반사되도록 하고, 반사광을 강판의 상부에 설치된 I-TV에 의해 검출하여 에지를 검출하는 방법이다.
이러한 형광등 방법 또는 I-TV 방법은 스트립의 에지를 검출하기 위해 각종 장치들이 노 내부에 설치된다. 따라서, 장치들이 오염되기 쉽고, 그에 따라 주기적인 정비를 필요로 하는데, 정비 시에도 내부의 장치를 외부로 꺼내어 정비해야 하는 어려움이 있다. 또한, 스트립이 주행 시에 파단 등의 사고가 발생할 경우 노 내부에 설치된 장치를 파손시킬 수 있다.
한편, 전자기 유도 방식은 상면에 전자기 발생 장치를 설치하고 스트립 하부에 전자기력 수신 장치를 설치하여 스트립에 의한 차폐 부분과 전자기가 유도되는 부분의 경계를 검출하는 방식이다. 그러나, 전자기 유도 방식 또한 형광등 방법 또는 I-TV 방법과 마찬가지로 노 내부에 설치해야 하기 때문에 상기한 문제를 발생시킬 수 있다.
또한, 안테나 방식은 가장 최근에 이용되는 방식으로 노벽 측면 양쪽에 전파 송수신기를 설치하고, 스트립 에지부에 송신하여 반사된 전파를 수신하여 타임 오브 플라이트(Time of Flight) 방식으로 거리를 측정하는 방식이 있다. 그런데, 안 테나 방식은 모든 센서가 노 측면 외부에 설치되어 있어 안전하다는 장점은 있으나, 전파가 여러 부분, 예를들어 노벽 또는 노 내부에 부유되는 오염 물질 등에 의해 반사되기 때문에 스트립 에지 부분만의 신호를 검출하기 위한 신호 처리를 실시해야만 정확한 스트립 에지를 검출할 수 있고, 전파를 반사켜야 하기 때문에 스트립의 두께가 최소한 0.2㎜ 이상이 되어야 한다.
본 발명은 간단하게 정비 및 보수를 할 수 있고, 정확도가 뛰어난 스트립 위치 검출 장치를 제공한다.
본 발명은 레이저 슬릿 광을 스트립 상에 조사하고, 스트립으로부터 반사된 광을 카메라가 촬상하여 스트립 에지를 정확하게 검출함으로써 스트립의 위치를 검출할 수 있는 스트립 에지 검출 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 스트립 위치 검출 장치는 스트립 상에 레이저에 의한 슬릿 광을 조사하는 슬릿 광 조사 장치; 및 상기 스트립에 의해 반사된 상기 슬릿 광의 반사광을 촬상하는 카메라를 포함하며, 상기 스트립이 존재하는 영역과 상기 스트립이 존재하지 않는 영역의 밝기 차에 의해 상기 스트립의 에지를 검출하고, 상기 스트립 에지의 변화를 검출하여 상기 스트립의 위치를 검출한다.
상기 스트립이 존재하는 영역은 상기 스트립이 존재하지 않는 영역보다 밝고, 상기 스트립 에지는 상기 밝기의 경계 지점으로 설정된다.
상기 슬릿 광은 상기 스트립의 폭 이상으로 조사되며, 상기 카메라의 촬상 영역은 상기 슬릿 광의 조사 영역보다 넓게 설정된다.
상기 슬릿 광은 상기 스트립을 이송하는 롤의 상부 표면을 기준으로 조사된다.
상기 슬릿 광은 상기 스트립의 진행 방향으로 넓게 조사되고, 상기 슬릿 광이 조사 넓이는 상기 스트립의 높이 변화와 상기 슬릿 광의 조사 각도에 따라 결정된다.
본 발명의 다른 양태에 따른 스트립 위치 검출 방법은 스트립 상에 상기 스트립의 폭 이상으로 레이저를 이용한 슬릿 광을 조사하도록 슬릿 광 조사 장치를 설치하는 단계; 상기 슬릿 광 이상의 촬상 영역을 가지며, 상기 스트립의 에지를 촬상하도록 카메라를 고정하는 단계; 상기 스트립 상에 상기 슬릿 광을 조사하고, 상기 스트립에 의한 반사광을 상기 카메라가 촬상하는 단계; 상기 스트립이 존재하는 영역과 상기 스트립이 존재하지 않는 영역의 밝기 차에 의해 상기 스트립의 에지를 검출하는 단계; 및 상기 스트립 에지의 변화를 검출하여 상기 스트립의 위치를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 스트립 상에 레이저를 이용한 슬릿 광을 조사하고, 카메라를 이용하여 스트립에 의한 슬릿 광의 반사광을 촬상하여 스트립에 의해 반사된 영역과 그렇지 않은 영역의 밝기차를 이용하여 스트립 에지를 검출한다. 즉, 스트립에 의해 반사된 영역은 밝게 표시되고, 그렇지 않은 영역을 어둡게 표시되며, 이러한 밝기차의 경계 지점이 스트립 에지가 된다. 이러한 스트립 에지의 밝기 변화를 지속적으로 검출하여 스트립의 사행 또는 이탈을 검출하게 된다.
본 발명에 의하면, 특정 파장의 레이저를 이용하기 때문에 외부에서 광이 유입되어도 충분히 구분될 수 있어 오동작의 염려가 없고, 레이저를 이용하기 때문에 응답성이 빠르다. 또한, 모든 설비를 노 외부에 설치할 수 있기 때문에 작업중 파손의 문제가 없고, 쉽게 정비할 수도 있다. 그리고, 스트립 위의 레이저에 의한 밝기차를 이용하기 때문에 정확한 에지 검출이 가능하므로 스트립의 사행 또는 이탈에 의한 설비 사고 등을 미연에 방지할 수 있고, 그에 따라 설비 보호 및 생산성 향상에 기여할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트립 위치 검출 장치를 설명하기 위한 개략도로서, 도 1(a)는 측 단면도이고, 도 1(b)는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스트립 위치 측정 장치는 스트립(30)을 이송하는 롤(40)과, 스트립(30) 상에 슬릿 광(11)을 조사하는 슬릿 광 조사 장치(10)와, 스트립(30) 상에서 반사된 슬릿 광(11)의 반사광(21)을 촬상하는 카메라(20)를 포함한다.
슬릿 광 조사 장치(10)는 광, 바람직하게는 레이저 광을 조사하는 광원(미도시)과, 광원으로부터 조사된 레이저를 소정 폭의 슬릿 광(11)으로 변화시키는 슬릿판(미도시)을 포함한다. 여기서, 광원은 레드 컬러의 레이저를 이용할 수 있다. 레이저를 이용한 슬릿 광(11)은 조사 대상이 굴곡되거나 불연속적일 때 단절된 선 형태로 그 현상을 표현하게 된다. 또한, 특정 파장을 가지는 레이저를 이용한 슬릿 광(11)의 경우에는 외부에서 전등이나 자연광 등의 잡음이 유입되더라도 충분히 구분될 수 있는 장점이 있다. 이러한 슬릿 광 조사 장치(10)는 스트립(30) 상방에 설치되며, 스트립(30)의 폭 또는 그 이상의 폭으로 슬릿 광(11)을 조사한다. 한편, 슬릿 광 조사 장치(10)는 스트립(30)의 이탈에 의한 파손을 방지하기 위해 스트립(30)과 가급적 멀리 떨어져 설치하는 것이 바람직하며, 스트립(30)이 진행되는 노의 외부에 설치되어 노 외벽의 일 영역에 형성된 보호 글래스(미도시)를 통해 슬릿 광(11)을 조사하는 것이 더욱 바람직하다.
카메라(20)는 스트립(30)의 진행 방향으로 스트립(30) 상방에 설치되며, 스트립(30)을 폭 방향으로 촬상하도록 설치된다. 또한, 카메라(20)는 슬릿 광(11)의 조사 폭 이상의 촬상 영역(21)을 갖도록 설정되며, 일정 영역을 촬상하도록 고정된다. 즉, 슬릿 광(11)의 조사 폭이 카메라(20)의 촬상 영역(21)에 포함되도록 하고, 스트립(30)의 에지가 촬상되도록 카메라(20)를 고정한다. 이는 슬릿 광(11)이 스트립(30)에 의해 반사된 영역과 그렇지 않은 영역을 카메라(20)가 촬상하여 스트립(30)의 사행 또는 이탈을 검출해야 하는데, 슬릿 광(11)의 조사 폭보다 카메라(20)의 촬상 영역(21)이 작으면 정확한 검출이 어렵기 때문이다. 이렇게 카메 라(20)가 슬릿 광(11)의 스트립(20)에 의한 반사광(22)을 촬상하기 때문에 별도의 이미지 처리가 필요없이 반사광(22)의 유무 판단에 의해 스트립(30)의 위치를 검출할 수 있다. 즉, 스트립(30)이 있는 영역은 카메라(20)가 반사광(21)을 촬영하기 때문에 밝게 표시되고, 스트립(30)이 없는 영역은 반사광이 존재하지 않기 때문에 어둡게 표시된다. 이때, 스트립(30)의 에지는 밝은 부분과 어두운 부분의 경계 지점이 되고, 스트립(30)의 사행 또는 이탈이 발생되면 에지에 해당되는 부분의 명암이 변화하게 된다. 따라서, 에지 부분의 명암의 변화를 분석하여 스트립(30)의 사행 또는 이탈을 검출할 수 있다. 또한, 카메라(20)는 스트립(30)의 이탈에 의한 파손을 방지하기 위해 스트립(30)과 되도록 멀리 떨어져 설치하는 것이 바람직하며, 스트립(30)이 진행되는 노의 외부에 설치되어 노 외벽의 일 영역에 형성된 보호 글래스(미도시)를 통해 반사광을 촬영하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 카메라(20)는 512 픽셀(pixel), 1024 픽셀, 2048 픽셀 등의 해상도를 갖는 카메라(20)를 이용할 수 있는데, 라인 스캔 CCD(Charge Couple Device) 카메라를 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 카메라(20)는 렌즈 전방에 적외선만을 통과시키는 필터(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 스트립 위치 검출 장치는 스트립(30) 상에 슬릿 광 조사 장치(10)를 이용하여 소정 폭의 슬릿 광(11)을 조사하고, 스트립(30)에 의한 반사광을 카메라(20)가 촬영하게 된다. 카메라(20)는 스트립(30)이 존재하는 영역은 스트립(30)에 의한 슬릿 광(11)의 반사광(22)을 촬영하기 때문에 밝게 표시되고, 스트립(30)이 존재하지 않는 영역은 반사광(22)이 촬영되지 않기 때문에 어둡게 표시된다. 따라서, 예를들어 도 2에 도시된 바와 같이 설정된 밝기 이상을 예를들어 "1"로 설정하고, 그 이하의 밝기를 "0"으로 설정하면, 스트립(30) 에지는 밝은 영역과 어두운 영역의 경계 지점이기 때문에 "1"에서 "0"으로 바뀌는 부분이 된다. "1"에서 "0"으로 바뀌는 부분, 즉 "1"과 "0"의 경계 부분을 지속적으로 모니터링하여 "1"과 "0"의 경계 부분의 변화를 검출하여 스트립(30) 에지를 검출할 수 있다. 따라서, 스트립(30)의 사행 또는 이탈을 검출할 수 있다.
한편, 슬릿 광 조사 장치(10)는 스트립(30)이 상하로 움직일 때 슬릿 광(11) 조사 위치와 카메라(20)의 촬상 영역(21)이 어긋나기 때문에 측정이 불가능할 수도 있다. 따라서, 스트립(30)의 두께 또는 진동에 의한 상하 변동을 고려하여 슬릿 광(11)의 조사 영역을 넓게 한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 슬릿 광(11)의 스트립(30) 진행 방향에 따른 조사 넓이를 더 크게 하여 슬릿 광(11)의 조사 영역이 직사각형 또는 정사각형의 형태가 되도록 한다. 이때, 카메라(20)의 촬상 위치를 슬릿 광(11)의 조사 영역의 중앙으로 정한다. 이렇게 하면 스트립(30)의 두께 또는 상하 진동에 의해 측정 위치가 달라져도 정상적인 측정이 가능하다. 또한, 노내의 스트립(30)에 걸리는 장력이 클 경우 스트립(30)이 롤(40) 사이에서 처지는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우에 슬릿 광(11)의 조사 위치를 스트립(30) 표면으로 하면 정확한 측정이 불가능할 수도 있다. 그러나, 슬릿 광(11)의 조사 기준을 롤(40) 표면으로 정할 경우 스트립(30)이 처지는 경우에도 스트립(30) 에지를 검출할 수 있 다. 즉, 롤(40) 표면의 가상 선(41)을 슬릿 광(11)의 조사 위치로 할 경우 스트립(40)이 처지는 경우에도 스트립 에지를 검출할 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 슬릿 광(11)의 조사 각도를 θ라고 하고, 스트립(30)의 높이 변화를 L이라 했을 때 슬릿 광(11)의 조사 영역이 카메라(20)의 촬상 영역(21)에 포함되도록 하기 위해서는 슬릿 광(11)의 조사 넓이는 [수학식 1]에 의해 결정될 수 있다.
W=L×tan(90-θ)°
예를들어, 냉연/도금 노에서 작업되는 스트립의 두께가 0.18∼3.3㎜이고, 상하 진동에 의해 스트립의 상하 위치 변동량이 10㎜일 경우 최소 15㎜ 정도의 높이 변동에 의한 슬릿 광(11)의 조사 폭을 고려해야 한다. 따라서, 이 경우 슬릿 광의 조사 넓이는 최소 15×tan(90-60)°≒9㎜ 이상이 되어야 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스트립 위치 검출 장치의 개념도로서, 하나의 슬릿 광 조사 장치(10)와 두개의 카메라(20a 및 20b)를 포함하는 스트립 에지 검출 장치의 개념도이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이 두개의 카메라(20a 및 20b)가 스트립(30)의 에지를 기준으로 촬상하도록 하며, 이 경우 도 5(b)와 같이 스트립(30)의 폭이 줄어들고 스트립(30)이 사행 또는 이탈하는 경우에도 두개의 카메라(20a 및 20b)중 적어도 어느 하나가 스트립(30)을 계속적으로 촬영할 수 있도록 함으로써 비정상적인 촬영을 방지할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트립 에지 검출 장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 스트립의 존재 유무에 따른 밝기 차를 설명하기 위한 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트립 에지 검출 장치의 변형 예에 따른 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트립 에지 검출 장치의 슬릿 광 조사 넓이를 산출 방법을 설명하기 위한 개략도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스트립 에지 검출 장치의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 슬릿 광 조사 장치 11 : 슬릿 광
20 : 카메라 21 : 촬상 영역
22 : 반사광 30 : 스트립
40 : 롤

Claims (7)

  1. 스트립 상에 레이저에 의한 슬릿 광을 조사하는 슬릿 광 조사 장치; 및
    상기 스트립에 의해 반사된 상기 슬릿 광의 반사광을 촬상하는 카메라를 포함하며,
    상기 스트립이 존재하는 영역과 상기 스트립이 존재하지 않는 영역의 밝기 차에 의해 상기 스트립의 에지를 검출하고, 상기 스트립 에지의 변화를 검출하여 상기 스트립의 위치를 검출하는 스트립 위치 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스트립이 존재하는 영역은 상기 스트립이 존재하지 않는 영역보다 밝고, 상기 스트립 에지는 상기 밝기의 경계 지점으로 설정되는 스트립 위치 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿 광은 상기 스트립의 폭 이상으로 조사되며, 상기 카메라의 촬상 영역은 상기 슬릿 광의 조사 영역보다 넓게 설정되는 스트립 위치 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿 광은 상기 스트립을 이송하는 롤의 상부 표면을 기준으로 조사되는 스트립 위치 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 슬릿 광은 상기 스트립의 진행 방향으로 넓게 조사되는 스트립 에지 위치 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 슬릿 광이 조사 넓이는 상기 스트립의 높이 변화와 상기 슬릿 광의 조사 각도에 따라 결정되는 스트립 위치 검출 장치.
  7. 스트립 상에 상기 스트립의 폭 이상으로 레이저를 이용한 슬릿 광을 조사하도록 슬릿 광 조사 장치를 설치하는 단계;
    상기 슬릿 광 이상의 촬상 영역을 가지며, 상기 스트립의 에지를 촬상하도록 카메라를 고정하는 단계;
    상기 스트립 상에 상기 슬릿 광을 조사하고, 상기 스트립에 의한 반사광을 상기 카메라가 촬상하는 단계;
    상기 스트립이 존재하는 영역과 상기 스트립이 존재하지 않는 영역의 밝기 차에 의해 상기 스트립의 에지를 검출하는 단계; 및
    상기 스트립 에지의 변화를 검출하여 상기 스트립의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 스트립 위치 검출 방법.
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