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KR100797239B1 - 강판의 용접부 온라인 검출장치 및 방법 - Google Patents

강판의 용접부 온라인 검출장치 및 방법 Download PDF

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Publication number
KR100797239B1
KR100797239B1 KR1020050129072A KR20050129072A KR100797239B1 KR 100797239 B1 KR100797239 B1 KR 100797239B1 KR 1020050129072 A KR1020050129072 A KR 1020050129072A KR 20050129072 A KR20050129072 A KR 20050129072A KR 100797239 B1 KR100797239 B1 KR 100797239B1
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KR
South Korea
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steel sheet
laser beam
laser
reflectance
reflected light
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임충수
손기삼
손광호
이상진
최승갑
오기장
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주식회사 포스코
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Publication date
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Abstract

본 발명은 고속으로 이송중인 강판에 레이저빔을 조사하고 상기 강판으로부터 반사된 레이저 반사광의 반사도를 이용하여 용접부 위치를 온라인으로 검출하는 강판의 용접부 온라인 검출장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발생수단; 상기 발생된 레이저 빔의 단면의 크기 및 형상을 조절하는 레이저빔 단면 조절수단; 상기 단면의 크기 및 형상이 조절된 레이저 빔을 집광하여 이송중인 강판의 표면에 조사시키는 집광렌즈; 상기 강판의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 포집하는 포집렌즈; 상기 강판의 표면에 대한 상기 포집된 레이저 반사광의 반사도에 대응하는 전기적 신호를 변환하여 출력하는 광검출수단; 및 상기 강판 표면에 형성된 용접부와 비용접부에서 측정되는 반사도의 변화를 이용하여 상기 강판의 용접부를 검출하는 신호처리수단을 포함한다.
강판, 용접부, 레이저, 반사광, 반사도, 온라인

Description

강판의 용접부 온라인 검출장치 및 방법{Apparatus and method for on-line detecting welding part of strip}
도 1은 종래의 천공 홀을 이용한 강판의 용접부 검출장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 표면에 집광된 레이저 빔 스폿의 형상예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 버트(Flash But)용접에 의한 용접부 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 반사도 측정수단에 의한 용접부 측정신호를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치에서 검출한 용접부의 레이저 반사도 측정예이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 용접부 온라인 검출방법을 보이는 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 강판 2 : 용접부
110 : 레이저 반사도 측정수단 111 : 레이저빔 발생수단
112 : 레이저빔 단면 조절수단 113 : 집광렌즈
114 : 포집렌즈 115 : 광검출수단
120 : 신호처리수단
본 발명은 강판의 용접부 검출장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 고속으로 이송중인 강판의 표면에 레이저빔을 조사하고 상기 강판으로부터 반사된 레이저 반사광의 반사도를 이용하여 용접부 위치를 온라인으로 검출하는 강판의 용접부 온라인 검출장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소의 냉연공정에서는 강판(strip)을 연속으로 압연하기 위하여 압연 시작 단계에서 단위 코일들을 용접하여 압연작업을 수행하고 해당 냉연공정의 끝 단계에서 다시 그 용접부를 절단하여 단위 코일들로 분리한 후 후속 냉연공정에 이송하거나 제품으로 출하한다. 이에 따라 해당 냉연공정에서는 핵심 공정설비의 자동 정밀제어, 출측에서의 용접부 절단 및 단위 코일화를 위해 용접부의 위치 검출은 필수적인 요소이다.
도 1은 종래의 천공 홀을 이용한 강판의 용접부 검출장치의 예시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 강판 용접부 검출장치의 경우, 이송되는 강판(1)의 상, 하부에 각각 광투사기(3) 및 광검출기(4)를 배치하여, 용접부(2)의 검출이 필요한 위치에서 강판(1)의 상부에서 광투사기(3)로부터 빛을 조사하고 강판(1)의 하부에서 광검출기(4)를 이용하여 강판(1)에 천공된 홀(hole)(5)을 통과한 빛을 검출함으로써 해당 용접부(2)를 검출한다.
이와 같은 종래의 용접부 검출에서는 생산라인에서 용접부(2)의 근접위치에 용접부 검출을 위해 홀(5)을 천공을 하는 경우, 강판(1)의 천공작업을 위해 해당 생산 라인이 일시적으로 정지하여야 하므로 생산성이 저하되고, 천공 홀(5)의 주변에 형성된 덧살에 의해 강판 이송 및 압연용 롤 표면이 손상되고 이로 인해 강판 표면에 이물마크가 전사되는 문제점이 있다. 또한 강판(1)이 극박재 및 고탄소강의 경우 천공 홀(5)에 의한 판파단이 발생되는 문제점도 있다.
또한, 천공 홀을 이용하는 종래의 용접부 검출기술에서는 생산중인 강판(1)의 상부에 설치되는 광투사기(3)가 일반적인 광원을 사용하므로 그 수명이 짧아 주기적인 교체가 필요하다는 것이다. 또한, 천공 홀(5)을 통과한 빛을 검출하기 위해 사용되는 광검출기(4)가 이송중인 강판(1)의 하부에 설치되기 때문에 장치의 설치가 어렵고 분진이나 이물질 등의 낙하에 의한 오염도가 크다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 천공 홀을 이용한 용접부 검출에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강판의 표면에 그 단면이 소정의 크기 및 형상으로 조정된 레이저 빔을 조사하고 그 표면으로부터 반사되는 반사광의 반사도를 측정하고 용접부 통과시 발생하는 반사도의 변화를 감지하여 천공 홀이 없는 상태에서도 고속으로 이송중인 용접부를 온라인으로 용이하게 검출할 수 있는 강판의 용접부 온라인 검출장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발생수단; 상기 발생된 레이저 빔의 단면의 크기 및 형상을 조절하는 레이저빔 단면 조절수단; 상기 단면의 크기 및 형상이 조절된 레이저 빔을 집광하여 이송중인 강판의 표면에 조사시키는 집광렌즈; 상기 강판의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 포집하는 포집렌즈; 상기 강판의 표면에 대한 상기 포집된 레이저 반사광의 반사도에 대응하는 전기적 신호를 변환하여 출력하는 광검출수단; 및 상기 강판 표면에 형성된 용접부와 비용접부에서 측정되는 반사도의 변화를 이용하여 상기 강판의 용접부를 검출하는 신호처리수단을 포함한다.
삭제
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 반사도 측정수단은 상기 레이저 빔을 강판의 표면에 대하여 80~100°의 각도로 연속적으로 조사하는 것이 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 상기 레이저 빔을 강판의 표면에 대하여 수직으로 조사한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저빔 단면 조절수단은 상기 강판의 표면에 조사되는 레이저 빔을 직경이 4~6mm인 원형 스폿(spot) 또는 폭이 2~5mm이고 길이가 30~50mm인 직선 스폿으로 조절하는 것이 바람직하다.
삭제
본 발명의 일 실시예에서, 상기 집광렌즈는 구형 렌즈(spherical lens) 또는 실린더형 렌즈(cylindrical lens)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 강판의 표면에 조사되는 레이저 빔은 점, 원 및 직선 형상 중 선택된 하나의 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 신호처리수단은 상기 강판 표면의 특정 위치에서 상기 레이저 반사광의 반사도가 미리 설정된 임계치를 벗어나는 경우에 그 위치를 용접부로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접부 온라인 검출방법은,
레이저 빔을 발생시키고 상기 발생된 레이저 빔의 단면을 미리 설정된 크기 및 형상으로 조절하는 제1단계; 상기 단면의 크기 및 형상이 조정된 레이저 빔을 집광하여 이송중인 강판의 표면에 조사하는 제2단계; 상기 강판의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 연속적으로 검출하는 제3단계; 상기 검출된 레이저 반사광으로부터 상기 강판의 표면에 대한 레이저 빔의 반사도를 추출하는 제4단계; 및 상기 강판의 표면에 형성된 용접부 및 비용접부에 대하여 추출된 레이저 빔의 반사도의 변화를 이용하여 상기 강판의 용접부를 검출하는 제5단계를 포함한다.
삭제
삭제
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2단계는 상기 레이저 빔을 강판의 표면에 대하여 수직으로 조사하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제5단계는 상기 레이저 반사광의 반사도가 미리 설정된 임계치를 벗어나는 경우에 용접부로 판단한다.
본 발명은 제철소의 연속 생산라인에서 길이 방향으로 고속으로 이송중인 강판(strip)에 레이저 빔을 조사하고 그 강판으로부터 반사된 레이저 반사광의 반사도를 시간적으로 연속하고, 용접부와 비용접부에서의 반사도 차이를 이용하여 고속으로 이송중인 강판의 용접부를 온라인으로 검출하는 장치 및 방법을 제공한다. 특히, 본 발명에서는 레이저 빔을 고속으로 이송중인 강판의 표면에 연속적으로 조사하여 그때의 반사도를 실시간으로 연속해서 측정한다. 이때, 용접부가 통과할 때는 상기 용접부의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광의 반사도가 변화하게 되고 이러한 변화를 검출함으로써 해당 용접부를 검출하도록 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되 는 경우에는 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 그에 대한 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치의 구성블럭도이다.
도 2의 예시도를 참조하면, 본 발명의 강판 용접부 온라인 검출장치(100)는 크게 레이저 반사도 측정수단(110) 및 신호처리수단(120)을 포함하여 구성된다. 도면에는 하나의 레이저 반사도 측정수단(110)이 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 강판(1)의 폭에 따라 둘 이상의 레이저 반사도 측정수단(110)을 구비할 수도 있다.
상기 레이저 반사도 측정수단(110)은 이송중인 강판(1)의 표면에 레이저 빔을 연속적으로 조사하고, 상기 이송중인 강판(1)의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광의 반사도를 연속적으로 측정한다. 상기 레이저 반사광의 반사도는 바람직하게는 이송중인 강판(1)의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광의 세기(intensity)를 나타내는 지수로서, 강판 자체의 반사도 또는 흡수도, 강판의 재질, 표면 거칠기, 표면 굴곡, 형상 등에 따라 다르게 나타난다.
상기 신호처리수단(120)은 상기 레이저 반사도 측정수단(110)에서 측정된 레이저 반사광의 반사도를 종합적으로 분석하여 상기 강판(1)에서 용접부(2)의 위치를 검출한다. 상기 강판(1)의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광의 반사도(세기)는 용접부(2)와 용접부가 아닌 부분에서 각각 다르게 나타난다. 따라서, 용접부 (2)가 아닌 부분에서의 반사도와 용접부(2)에서의 반사도를 비교하여 상기 용접부(2)가 레이저 빔이 조사되는 위치를 통과하였는지를 판단함으로써 해당 용접부(2)의 위치를 검출하는 것이다. 이와 같이 상기 신호처리수단(120)은 상기 이송중인 강판(1)의 용접부(2)에 대하여 측정되는 레이저 반사광의 반사도의 변화를 이용하여 상기 강판(1)의 용접부(2)를 정확하게 검출한다.
이때, 상기 레이저 반사도 측정수단(110)은 레이저 반사광의 포집의 효율화를 위하여 상기 레이저 빔을 강판(1)의 표면에 대하여 80~100°의 각도로 연속적으로 조사하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 레이저 빔을 강판(1)의 표면에 대하여 수직으로 조사한다. 이는 레이저 빔을 강판에 조사하는 각도가 수직에 가까울수록 반사되는 레이저 반사광의 각도도 수직에 가깝기 때문에 레이저 반사광을 효율적으로 포집할 수 있어 반사도를 측정하는데 유리하기 때문이다. 즉, 레이저 반사광의 반사도는 강판(1)의 표면으로부터 반사되어 산란되는 레이저 반사광을 포집하여 측정하기 때문에, 레이저 빔의 조사 각도가 수직에 가까울수록 반사되는 각도가 적어 포집되는 레이저 반사광의 양이 상대적으로 더 많기 때문이다. 따라서, 실질적으로 레이저 빔을 수직으로 조사하는 것이 레이저 반사광의 반사도 측정에 대한 신뢰성이 더 높다 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치의 상세 구성도이다.
도 3의 예시도를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치(100)는 크게 레이저 반사도 측정수단(110) 및 신호처리수단(120)으로 구성되며, 상기 레이저 반사도 측정수단(110)은 레이저빔 발생수단(111), 집광렌즈(113), 포집렌즈(114) 및 광검출수단(115)을 포함하여 구성된다. 더하여, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 상기 레이저 반사도 측정수단(110)은 레이저빔 단면 조절수단(112)을 더 포함할 수도 있다.
상기 레이저빔 발생수단(111)은 이송중인 강판(1)의 표면에 조사할 레이저 빔을 발생시킨다. 본 발명에 따른 레이저빔 발생수단(111)은 예를 들어 반도체 레이저를 통해 레이저 빔을 방출함으로써 레이저 빔을 발생시킨다. 이때, 필요에 따라서는 레이저빔 단면 조절수단(112)에 의해 레이저 빔의 단면의 크기 및 형상을 조절할 수도 있다. 상기 레이저빔 단면 조절수단(112)은 상기 레이저빔 발생수단(111) 및 집광수단(113) 사이에 배치되어 상기 레이저빔 발생수단(111)에 의해 발생된 레이저 빔의 단면의 크기 및 형상을 원하는 대로 연속적으로 조절할 수 있다.
상기 집광렌즈(113)는 상기 레이저빔 단면 조절수단(112)에 의해 단면 크기 및 형상이 조절된 레이저 빔을 집광함으로써, 상기 레이저 빔이 상기 이송중인 강판(1)의 표면에 조사되도록 한다. 상기 집광렌즈(113)는 바람직하게는 구형 렌즈(spherical lens) 또는 실린더형 렌즈(cylindrical lens)로 구성될 수 있다. 이때, 집광렌즈(113)의 종류에 따라 강판에 조사되는 레이저 빔의 형태가 달라질 수 있다.
상기 포집렌즈(114)는 상기 강판(1)의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 포집한다. 상기 포집렌즈(114)는 상기 이송중인 강판(1)의 표면으로부터 산란되는 레이저 반사광을 포집하여 광검출수단(115)으로 레이저 빔이 전달될 수 있도록 한다.
상기 광검출수단(115)은 상기 포집렌즈(114)에 의해 포집된 레이저 반사광을 전달받아 상기 레이저 반사광의 반사도에 대응하는 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 즉, 바람직하게는 상기 광검출수단(115)은 레이저 반사광의 세기에 대응하여 소정의 전기적 신호를 출력한다. 상기 광검출수단(115)은 단일 광검출기(single detector) 또는 배열형 광검출기(array detector)가 적용될 수 있다.
이와 같이, 상기 광검출수단(115)에서 출력되는 반사도에 따른 전기적 신호는 신호처리수단(120)으로 전달되고, 상기 신호처리수단(120)은 상기 전기적 신호를 이용하여 상기 강판(1)의 용접부(2)를 검출하게 된다. 예컨대, 강판(1)의 특정 위치에서의 전기적 신호가 미리 설정된 임계치를 벗어나는 경우 또는 특정 위치에서의 전기적 신호의 변화율이 미리 설정된 기준치를 벗어나는 경우, 그 특정위치를 용접부(2)의 위치로 판단한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 표면에 집광된 레이저 빔 스폿의 형상예이다.
도 4의 예시도에 도시된 바와 같이, 이송중인 강판(1)의 표면에 조사되는 레이저 빔의 스폿(spot)은 다양하게 설정될 수 있다. 이러한 레이저 빔의 형상은 상기한 집광렌즈(113)의 종류에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 집광렌즈(113)가 구형 렌즈일 경우 강판(1)의 표면에 조사된 레이저 빔은 도 4의 (a)(b)에서와 같이 점(point) 또는 원형(circle)의 스폿(spot)이 되며, 상기 집광렌즈(113)가 실린더형 렌즈일 경우에는 상기 레이저 빔은 도 4의 (c)(d)에서와 같이 직선(line)형상의 스폿(spot)이 된다. 도면에는 미도시 되었으나, 다른 예로서 상기 레이저 빔은 사각(rectangular)형상이나 두 개의 직선이 직교하는 십자(crossed)형상의 스폿으로 구현될 수 있다.
이때, 강판(1)의 표면에 집광되는 각 스폿의 크기는 상기 집광렌즈(113)의 초점거리(f)에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 상기 집광렌즈(113)가 구형 렌즈일 경우, 상기 구형 렌즈와 강판 표면 사이의 거리보다 상기 구형 렌즈의 초점거리가 길어질수록 스폿의 직경(a)은 커진다. 또한 동일한 구형 렌즈의 초점거리를 사용할 경우 상기한 레이저빔 단면 조절수단(112)을 통과한 레이저 빔의 직경이 커질수록 스폿의 직경(a)이 커진다. 따라서 본 발명의 구성에 의하면, 레이저빔 단면 조절수단(112)과 구형 렌즈의 초점거리를 통해 용이하게 스폿의 직경(a)을 조절할 수 있다.
이와 유사하게, 상기 집광렌즈(113)가 실린더형 렌즈일 경우, 강판(1)의 표면에 직선형 스폿이 조사되고, 이 경우에도 레이저빔 단면 조절수단(112)을 통해 직선형 스폿의 길이(L1,L2)를 용이하게 조절할 수 있다. 이때 직선형 스폿의 길이(L1,L2)는 레이저빔 단면 조절수단(112)을 통과한 레이저 빔의 단면 크기와 같다. 따라서 본 발명의 구성에 의하면 레이저빔 단면 조절수단(112)과 구형 렌즈(spherical lens) 또는 실린더형 렌즈(cylindrical lens)로 구성되는 집광렌즈(113)를 통해 도 4에 도시된 바와 같은 다양한 모양의 스폿을 강판(1)의 표면에 형성시킬 수 있다.
한편, 제철소의 냉연공정에서는 강판의 성분조성 및 두께에 따라 여러가지 방식의 용접이 선별적으로 실시되고 있으며, 이와 같은 용접의 종류에 따라 용접부의 형상이 달라진다. 냉연공정에서 코일과 코일을 연결하기 위한 용접의 경우에는 일반적으로 용접부가 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일정한 폭의 띠 모양을 갖는다. 이와 같은 용접부가 레이저 반사도 측정수단(110)의 광검출수단(115)의 출력에 영향을 미치는 요인은 다음과 같다.
(1) 띠 모양의 용접부의 레이저 반사도 또는 레이저 흡수도
(2) 띠 모양의 용접부의 표면거칠기
(3) 띠 모양의 용접부의 형상(요철 또는 굴곡)
(4) 띠 모양의 용접부의 폭
상기 요인들 중 (1),(2),(3)의 요인들은 광검출수단(115)에서의 출력의 진폭을 결정하며, (4)의 요인은 출력신호의 시간 폭을 결정한다. 이와 같이 용접부 통과시 레이저 반사도의 변화 정도는 용접부의 형상에 의해 결정되며, 용접부의 형상은 용접 방식에 따라 다르다. 제철소의 냉연공정에서 실시되고 있는 용접 방식은 플래쉬 버트(Flash But) 용접, 레이저 용접, 메쉬 심(Mesh seam) 용접 등이 있다. 즉, 강판이 상대적으로 두꺼울 경우에는 플래쉬 버트 용접 또는 레이저 용접에 의한 맞대기 용접이 실시되며 박판재의 경우에는 메쉬 심 용접에 의한 덧대기 용접이 실시된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 버트(Flash But)용접에 의한 용 접부 형상을 도시한 도면이다. 제철소 냉연공정에서 실시되는 용접 방식 중의 하나인 플래쉬 용접은 냉연공정 중 PCM 라인(산세 및 냉간압연)에서 실시되고 있다. 이 경우에는 용접 후 용접 비드(bead)(53)가 형성되므로 강판의 이송 및 압연 롤이 손상되는 것을 방지하기 위해 용접 비드(53)의 트리밍(trimming)(54)을 실시하며, 트리밍된 부위(55)는 강판 소재가 드러나기 때문에 광택도(레이저 반사도)가 매우 높다. 따라서 용접부는 판재의 폭 방향으로 수십 mm의 폭을 갖는 광택도가 높은 트리밍 띠(55)의 형상을 갖게 된다. 이와 달리 레이저 용접의 경우에는 용접 비드 폭이 좁고(1~2mm) 비드 높이가 크지 않기 때문에 트리밍을 실시하지 않으며 용접 비드를 따라 요철 모양의 골이 형성된다. 이와 같은 용접 비드의 요철은 주로 레이저 반사각의 변화를 발생시켜 레이저 반사도 측정수단(110)내의 광검출수단(115)의 출력을 변화시킨다. 박판의 메쉬 심 용접은 덧대기 용접에 적용되며 용접부에 강판의 폭 방향으로 강판 두께에 해당하는 단차가 형성된다. 이와 같은 메쉬 심 용접부의 단차도 레이저 반사각의 변화를 발생시켜 레이저 반사도 측정수단(110)내의 광검출수단(115)의 출력을 변화시킨다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 반사도 측정수단에 의한 용접부 측정신호를 나타낸 도면이다.
상기한 바와 같이, 용접방식에 따라 레이저 반사도 측정수단(110)내의 광검출수단(115)의 출력을 변화시키는 요인이 상이하며, 이에 따라 도 6에 나타낸 바와 같은 용접부에 의한 레이저 반사도의 변화 정도도 다르다. 이와 같은 용접 방식에 따라 레이저 반사도의 변화 정도가 달라지는 문제점은 도 6에 나타낸 바와 같은 용접부 판정 기준신호의 레벨 및 용접부 판정 신호유지시간(△T)의 조절을 통해 극복이 가능하다. 즉 용접방식에 따라 용접부 판정을 위한 반사도의 기준신호 레벨 및 용접부 판정을 위한 반사도 신호의 유지시간(△T)을 설정하면 용접 방식에 관계없이 항시 안정적인 온-라인 용접부 검출이 가능한 것이다.
또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 광검출수단(115)으로 측정된 레이저 반사광의 반사도 변화를 통해 용접부를 검출하고자 하는 경우에는 강판 표면에서 측정된 광검출수단(115)의 출력과 용접부에서 측정된 광검출수단(115)의 출력 차이가 크고, 용접부에 의한 광검출수단(115)의 측정신호의 시간 폭이 클수록 안정적인 용접부 검출이 가능하다. 도 6에서 △IN은 강판(1)의 표면에서 측정된 반사도 측정치의 편차이며 이 편차는 이송중인 강판(1)의 진동이나 표면결함에 의한 잡음 등에 기인한다. 용접부의 통과시에 발생하는 광검출수단(115)의 출력 변화의 진폭은 (△IWH+△IWL)이며 시간 폭은 △T이다. 도 6에서 안정적인 용접부 검출을 위해서는 다음의 조건이 만족되어야 한다.
[수식]
Figure 112005075905566-pat00001
즉, 용접부에 의한 광검출수단(115)의 출력 변화의 진폭량(△IWH+△IWL)이 강판 진동이나 표면결함 등에 기인하는 잡음에 의한 변화량(△IN) 보다 매우 커야한 다. 또한 용접부에 의한 광검출수단(115)의 출력변화의 시간폭(△T)은 항시 일정해야 한다. 이와 같이, 광검출수단(115)의 출력변화의 시간폭(△T)이 일정할 경우 강판의 표면 결함에 의한 광검출수단(115)의 변화에 의한 오검출 요인을 배제할 수 있다. 이는 강판의 표면 결함에 의한 광검출수단(115)의 변화의 경우 일반적으로 시간폭(△T)이 일정하지 않기 때문이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 용접부 온라인 검출장치에서 검출한 용접부의 레이저 반사도 측정예이다.
도 7의 예시도는 플래쉬 버트 용접부에 의한 광검출수단(115)의 검출신호의 파형을 나타낸 것이며, 도 8은 실제 냉연공장에서 실시된 온-라인 데이터로써 도 4(b)에 표시된 원형 스폿의 직경을 1mm에서 30mm까지 증대시키면서 취득한 신호파형이다. 본 실시예에 의하면 레이저 원형 스폿 직경이 지나치게 작을 경우 강판 표면의 미세한 거칠기에 의한 잡음이 커서 용접부에 의한 신호를 구별하기 어려우며, 원형 스폿이 지나치게 클 경우 광검출기(11)의 출력 자체가 작은 단점이 있다. 따라서 본 실시예에서는 스폿 직경이 4~6mm일 경우 용접부 신호의 검출이 용이하며, 특히 스폿 직경이 5mm일 경우 검출이 가장 용이함을 알 수 있다. 또한, 도면에는 미도시되었으나 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 강판의 표면에 조사되는 레이저 빔이 폭이 2~5mm이고 길이가 30~50mm인 직선 스폿일 경우에 검출이 용이하다. 이러한 직선 스폿은 많은 실험을 통해 얻어진 결과로서 상기의 폭과 길이에서 레이저 반사광의 검출이 용이하다는 결과를 얻을 수 있었다.
이와 같이 원형 스폿의 최적 크기나, 도 6에 나타낸 바와 같은 최적 스폿 모양은 용접 방식의 종류에 따라 달라진다. 이는 제철소의 냉연공정에서 실시되고 있는 어떠한 방식의 용접에 대해서도, 본 발명에 의하면 최적 스폿 모양과 최적 스폿 크기의 선정을 통해 용접부를 온-라인으로 용이하게 검출할 수 있음을 알 수 있다.
도 7의 예시도에서, 강판(1)의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광의 반사도는 비용접부에서의 반사도 신호 레벨(A)과 용접부에서의 반사도 신호 레벨(B)은 현저한 차이가 발생하며, 이와 같이 두 반사도 신호 레벨을 비교하여 용접부의 위치를 검출하게 된다. 특히, 특정 위치에서 반사도 신호 레벨이 미리 설정된 용접부 판정을 위한 기준신호 레벨(△IWL) 이상일 때 그 특정 위치를 용접부 위치로 판정하게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 용접부 온라인 검출방법을 보이는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 이송중인 강판(1)의 표면에 조사시키기 위한 레이저 빔을 발생시키고 상기 발생된 레이저 빔의 단면의 크기를 조절한다(S900,S902). 여기서, 상기 S902단계서 레이저 빔의 단면의 크기를 조절하는 것을 필요에 따라 수행여부를 결정할 수 있다. 이어 소정의 집광렌즈(112)를 이용하여 상기 레이저 빔을 집광한 후 상기 이송중인 강판(1)의 표면에 조사될 수 있도록 한다(S904,S906). 이때, 상기 레이저 빔은 강판(1)의 표면에 대하여 수직으로 조사되는 것이 바람직하다.
이와 같이 강판(1)의 표면에 레이저 빔을 조사하면, 상기 표면으로부터 레이저 반사광이 반사된다. 이러한 레이저 반사광을 연속적으로 검출하여 반사도를 추출한다(S908,S910). 여기서, 레이저 반사광의 반사도는 레이저 반사광의 세기(intensity)를 나타내는 지표이다. 이때, 상기 연속적으로 추출되는 레이저 반사광의 반사도 중 미리 설정된 임계치보다 큰 반사도가 존재하면 해당 위치를 용접부 위치로 판단하여 검출한다(S912,S914).
이러한 과정에서는 강판의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 연속적으로 검출하고, 용접부에 대한 반사도 신호가 비용접부에 대한 반사도 신호의 차이점을 이용하여 용접부 위치를 검출하게 된다.
이때, 상기 S912단계에서 상기 반사도 신호레벨이 미리 설정된 임계치 레벨보다 큰 경우와 상기 반사도 신호 폭이 일정한 범위 내에 포함될 때 해당 위치를 용접부로 판정할 수도 있다. 이는 표면 거칠기, 진동 등에 따른 잡음으로 인하여 순간적으로 신호레벨이 급상승하는 경우와 실제 용접부에 대한 신호를 구별하기 위한 것이다.
한편, 상기한 바와 같이 본 발명의 강판 용접부 온라인 검출장치 및 방법에서는 레이저 반사도 측정수단(110)을 2개 이상을 구비할 수도 있다. 이 경우 어느 하나의 레이저 반사도 측정수단(110)에서의 검출신호를 이용하여 용접부를 검출할 수도 있고, 2개 이상의 검출신호를 조합하여 용접부를 검출하도록 할 수도 있다. 이는 강판의 폭 방향으로 띠(55)의 형상을 갖는 용접부와 국부적으로 광택도가 높은 표면 결함을 구별하기 위함이다. 국부적으로 광택도가 높은 표면 결함의 형상은 일정하지 않기 때문에 강판의 폭 방향으로 2개 이상의 위치에서 반사도를 측정할 경우, 용접부는 이 2개 이상의 위치에서 동일한 검출신호가 취득될 가능성이 매우 적기 때문이다. 따라서 강판의 폭 방향으로 설치되는 반사도 측정수단(110)이 많을 수록 표면 결함 등에 의한 오검출을 줄일 수 있을 것이다. 이러한 복수의 레이저 반사도 측정수단(110)의 사용 개수는 사용자에 의해 결정될 수 있을 것이다.
상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래와 같은 천공 홀이 없는 상태에서도 고속으로 이송중인 용접부를 온라인으로 용이하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 천공 홀을 형성할 필요가 없기 때문에 냉연제품의 생산성을 증대시키고, 이물마크의 발생이나 판파단의 문제점을 원천적으로 배제하는 효과가 있다.
나아가, 본 발명에 따르면, 강판에 레이저빔을 연속적으로 조사하고 상기 강 판의 용접부와 비용접부에서의 레이저 반사광의 반사도 차이를 이용하여 용접부의 위치를 검출하므로 용접부를 온라인으로 정확하고 쉽게 검출할 수 있다.

Claims (15)

  1. 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발생수단, 상기 발생된 레이저 빔의 단면의 크기 및 형상을 조절하는 레이저빔 단면 조절수단, 상기 단면의 크기 및 형상이 조절된 레이저 빔을 집광하여 이송중인 강판의 표면에 조사시키는 집광렌즈, 상기 강판의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 포집하는 포집렌즈, 및 상기 강판의 표면에 대한 상기 포집된 레이저 반사광의 반사도에 대응하는 전기적 신호를 변환하여 출력하는 광검출수단을 포함하는 레이저 반사도 측정 수단; 및
    상기 강판 표면에 형성된 용접부와 비용접부에서 측정되는 반사도의 변화를 이용하여 상기 강판의 용접부를 검출하는 신호처리수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 반사도 측정수단은,
    상기 레이저 빔을 강판의 표면에 대하여 80~100°의 각도로 연속적으로 조사하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 레이저 반사도 측정수단은,
    상기 레이저 빔을 강판의 표면에 대하여 수직으로 조사하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 레이저빔 단면 조절수단은,
    상기 강판의 표면에 조사되는 레이저 빔을 직경이 4~6mm인 원형 스폿(spot) 또는 폭이 2~5mm이고 길이가 30~50mm인 직선 스폿으로 조절하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 집광렌즈는,
    구형 렌즈(spherical lens) 또는 실린더형 렌즈(cylindrical lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 강판의 표면에 조사되는 레이저 빔은 점, 원 및 직선 형상 중 선택된 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 신호처리수단은,
    상기 강판 표면의 특정 위치에서 상기 레이저 반사광의 반사도가 미리 설정된 임계치를 벗어나는 경우에 그 위치를 용접부로 판단하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출장치.
  10. 레이저 빔을 발생시키고 상기 발생된 레이저 빔의 단면을 미리 설정된 크기 및 형상으로 조절하는 제1단계;
    상기 단면의 크기 및 형상이 조정된 레이저 빔을 집광하여 이송중인 강판의 표면에 조사하는 제2단계;
    상기 강판의 표면으로부터 반사되는 레이저 반사광을 연속적으로 검출하는 제3단계;
    상기 검출된 레이저 반사광으로부터 상기 강판의 표면에 대한 레이저 빔의 반사도를 추출하는 제4단계; 및
    상기 강판의 표면에 형성된 용접부 및 비용접부에 대하여 추출된 레이저 빔의 반사도의 변화를 이용하여 상기 강판의 용접부를 검출하는 제5단계; 를 포함하는 강판의 용접부 온라인 검출방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서, 상기 제2단계는,
    상기 레이저 빔을 강판의 표면에 대하여 수직으로 조사하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제3단계는,
    강판의 폭방향으로 2개 이상의 위치에서 상기 레이저 반사광을 연속적으로 각각 검출하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제5단계는,
    상기 레이저 반사광의 반사도가 미리 설정된 임계치를 벗어나는 경우에 용접부로 판단하는 것을 특징으로 하는 강판의 용접부 온라인 검출방법.
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