KR100250210B1 - 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박강판의 내부에 존재하는 비금속개재물 및 표면의 미소결함을 탐상하는 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상 방법에 관한 것으로, 박강판(1)의 내부 및 표면에 있는 결함을 박강판(1)을 생산하는 중에 온라인으로 탐상하는 데 있어서, 적당한 수단을 사용하여 박강판(1)의 외부에서 자기장을 인가하여 박강판(1)을 자기포화 시킴으로써, 결함부위에 누설자속을 발생시킨 후 박강판(1)으로 부터 일정거리 떨어진 위치에 있는 자기센서(2)를 이용하여 박강판(1)의 진행속도와는 무관하게 엔코더(3)에 의해 일정거리 간격으로 획득한 누설자속신호의 파형을 분석함으로써 결함탐상을 하는 것이다.

Description

누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상방법

제1(a),(b),(c),(d)도는 본 발명에 의한 결함 탐상을 위한 각기 다른 누설자속탐상기의 구성도.

제2(a),(b)도는 표면결함 및 개재물에 의해 발생하는 누설 자속의 형태도.

제3도는 디지탈 샘플링에 의해 일정거리 간격으로 측정된 누설자속신호 및 이를 사용하여 재구성한 누설자속신호 파형의 개념도.

제4(a),(b),(c)도는 다양한 점상결함에 의해 발생하는 누설자속신호의 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 박강판 2 : 자기센서

3 : 엔코더 4 : 신호변환기

5 : 전원 6 : 코일

7 : 요크 8 : 차등회로

9 : 비금속개재물 10 : 덜마크 또는 덴트

11 : 롤마크

본 발명은 박강판의 내부에 존재하는 비금속 개재물 및 표면의 미소결함을 탐상하는 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함 탐상방법에 관한 것이다.

일반적으로 박강판을 소재로 식음료의 용기 및 새도우마스크 등으로 가공할 때 비금속 개재물 및 표면 결함이 존재할 경우, 가공불량 등의 원인이 되므로 소재를 관리함에 있어 이러한 불량물의 존재를 파악하는 것이 중요하다.

비금속 개재물은 주로 제강공정에서 유입되는 철 이외의 금속성분이 산화되어 생긴 것이며, 표면 결함은 강판을 생산하는 도중에 생기는 형상불량이 그 주된 원인이다.

이러한 결함은 그 특성상 전체에 대해 고르게 분포되어 있지 못하고, 경우에 따라 국소적인 부분에 밀집되는 경우가 있다.

따라서, 이러한 결함을 파악함에 있어 전체 강판에 대한 보증성을 높이기 위해 생산중에 전장검사를 하는 것이 바람직하다

내부 및 표면 결함을 탐상함에 있어서 다양한 비파괴검사 방법이 적용되고 있다.

특히 생산중 표면 결함의 온라인 탐상을 위해서는 광학적인 방식이 많이 사용되고 있다.

그러나, 비금속 개재물의 특성상 박강판 표면에 노출되어 있지 않은 경우가 많으므로 육안 및 광학식 탐사에 의해 검사할 수 없다.

내부 결함 탐상을 위해서는 누설자속탐상법이 일반적으로 이용되고 있다.

어원생장(御原生長)등 (비파괴검사 32, 953, 1983)은 누설자속법을 이용하여 박강판 내부의 비금속 개재물에 대한 탐상이 가능함을 보였다.

죽요독상(竹腰篤尙)등 (NKK기보 138, 63, 1992) 및 안등정오(安藤靜吾)등 (미국특허 제5,357,198호)은 독자적인 자기센서를 개발하고, 이를 채용한 누설자속법을 이용하여 박강판 내부의 비금속 개재물에 대한 온라인 탐상기를 제작하였다.

중야성(中野盛)등 (CAMP-1SIJ, 1, 586, 1988)은 정교한 기구를 사용한 누설자속법을 이용하여 박강판 내부의 비금속 개재물에 대한 온라인 탐상기를 제작하였다.

송미차랑(松尾次郞)등 (일본특허공개 평1-134238호)은 개재물 탐상기를 이용하여 검출된 결함신호를 표면 결함 탐상기에 연계시켜 분석함으로써 표면 결함 탐상기의 검출능을 높일 수 있다고 주장하였다.

누설자속탐상법은 그 탐상원리상 내부 개재물에 의한 누설자속을 측정함과 동시에 형상 및 재질변화를 갖는 표면 결함에 의해서 발생하는 누설자속을 동시에 측정하게 된다.

상기의 기술들은 누설자속탐상법을 이용한 박강판의 결함탐상에 관한 것으로, 누설자속 피크값의 절대적인 크기만을 이용함으로써 표면결함과 개재물에 의한 신호를 분리할 수 없다는 문제가 있다.

상기의 안등정오(安藤靜吾)등 및 중야성(中野盛) 등은 박강판 상부에 박강판과 평행한 면상에 자기센서를 배열하여 평행면에서의 자기신호 차등회로를 구성한 후 절대값을 취함으로써, 이렇게 처리된 자기신호에 의한 피크값 만을 가지고 신호 처리를 하여 결함을 판정하였다.

박강판을 생산함에 있어 제강공정에서 유입된 구상형 비금속 개재물은 압연 공정을 거침에 따라 길이방향으로 늘어나게 된다.

또한, 냉연강판에서 제관시 문제가 되는 개재물의 크기에 대해 엄밀하게 그 기준이 확립되어 있지는 못하지만, 일반적으로 길이 1mm, 폭 100㎛, 높이 10㎛ 정도 이상일 경우 문제가 되는 것으로 알려져 있다.

따라서, 누설자속을 발생하는 표면 결함이 이 정돈의 크기를 갖는 경우, 누설자속의 신호만으로 개재물과 표면 결함을 분리해서 검사하는 것은 매우 어려운 일이다.

특히, 박강판의 생산공정 중 발생하는 이러한 미소 표면 결함의 종류에는 롤 마크(roll mark), 덜(dull)마크, 덴트(dent), 미소 스크래치 등이 있다.

본 발명은 박강판에 발생하는 다양한 표면 결함 중 누설자속을 발생하는 상기의 미소결함을 분리해 내고, 그 중 일부의 유형을 누설자속신호만을 사용하여 개재물신호로 부터 분리해 내는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

누설자속탐상을 위한 기본적인 구성은 제1(a),(b),(c),(d)도와 같다.

제1(a)도는 박강판(1) 표면에서 일정 높이만큼 떨어진 상부에 자기센서(2)를 설치하여, 박강판(1)에 접촉된 엔코더(3)에 의해 박강판(1)의 진행 속도와 무관하게 박강판(1)의 진행방향에 일정길이 간격으로 신호변환기(4)를 이용하여 샘플링하여 자기신호의 발생을 실시간 파형으로 취득한 뒤, 이 파형을 신호해석을 통해 분석함으로써 결함을 파악하는 방법이다.

제1(b)도는 박강판(1)의 상부에서 일정거리를 갖는 높이에 하나의 자기센서(2)를 설치한 뒤, 다시 박강판(1)의 수직한 직선상에 일정거리를 갖는 동일한 자기센서(2)를 한 개 더 설치하여, 이 두 자기센서(2) 사이의 출력값을 차등회로(8)를 통해 실시간 파형으로 취득한 뒤 분석함으로써 결함을 파악하는 방법이다.

제1(c)도는 박강판(1)의 상부에서 일정거리를 갖는 높이에 하나의 자기센서(2)를 설치한 뒤, 박강판(1)을 중심으로 이 자기센서(2)가 위치한 것과 반대쪽 수직선 상의 동일한 거리에 동일한 자기센서(2)를 한개 더 설치하여, 이 두 자기센서(2)로 부터 발생하는 누설자속신호를 실시간 파형으로 취득한 뒤 분석함으로써 결함을 파악하는 방법이다.

제1(d)도는 박강판(1)의 상부에서 일정거리를 갖는 높이에 하나의 자기센서(2)를 설치한 뒤, 다시 박강판(1)에 수직한 직선상에 일정거리를 갖는 동일한 자기센서(2)를 한개 더 설치하여, 이 두 자기센서(2) 사이의 출력값을 차등화로(8)를 통해 실시간 파형으로 취득하고, 박강판(1)을 중심으로 이 자기센서(2)가 위치한 것과, 반대쪽 수직선상에 동일한 거리에 하나의 자기센서(2)를 설치한 뒤, 다시 박강판(1)의 수직한 직선상에 일정거리를 갖는 동일한 자기센서(2)를 한개 설치하여, 이 두 자기센서(2) 사이의 출력값을 차등회로(8)를 통해 실시간 파형으로 취득하고, 이 두개의 실시간 자기신호 파형을 분석함으로써 결함을 파악한다.

박강판(1) 전체에 대한 온라인 탐상은 박강판(1)의 폭 방향으로 자기센서(2)를 일렬로 배열함에 의해 가능하다.

한편, 결함에 의해 발생하는 누설자속의 박강판(1)에 대해 수직한 성분의 파형을 보면 제2(a),(b)도와 같다.

이는 결함의 크기(L)보다 멀러 떨어진(h＞L) 면상에서 누설자속신호의 파형을 고려할 경우 (제2(a)도) 누석자속신호의 피크 사이거리(ΔX)는 센서의 높이(h)와 근사한 값을 갖는다.

그리고 임의의 파형을 원래의 형태와 비슷하게 파악하기 위해서는 최소한 신호가 갖는 주파수 성분 보다 높은 주기로 신호변환기(4)를 사용하여 디지탈 샘플링을 해야한다.

따라서 누설자속신호의 실시간 파형획득을 위해서 센서의 높이(h)보다 작은 길이구간(Δ)에 의해 디지탈 샘플링을 해야한다.

디지탈 샘플링에 의한 누설자속신호로 부터 두 개의 피크값(V1), (V2)을 구하고, 이 피크값에 해당하는 길이방향의 좌표(X1), (X2)를 엔코더 신호로부터 구한다.

이 값으로부터 결함에 의한 자기센서(2)의 특징값인 길이(ΔX)와 신호크기(V=Vl-V2)를 구할 수 있다.

제강공정에서 유입되는 비금속 개재물이 압연에 의해 늘어나는 과정의 특성상 비금속 개재물(9)의 부피와 누설자속신호의 크기 사이에는 양호한 선형성이 주어진다는 것이 일반적으로 알려져 있다.

따라서 적절한 변환식을 도입하면 위에서 구한 자기신호의 크기로 부터 개재물의 부피를 정량적으로 파악하는 것이 가능하다.

그러나, 표면 결함은 그 특성상 정량화하는 것이 곤란하다.

다양한 박강판(1)의 표면 결함들 중 자기센서(2)가 위치한 높이(h)와 비교하여 일정면적(h X h) 보다 넓은 면적에 걸쳐 분포하는 면상결함과, 길이방향 또는 폭방향 등으로 길게 늘어진 1차원 형상을 갖는 선상결함, 그리고 상기의 일정면적보다 작은 점상결함으로 구분할 수 있다.

위에서 구한 누설자속신호의 특징값들 중 ΔX를 h와 비교함으로써, 점상결함 및 폭방향의 선상결함을 길이방향의 선상결함 및 면상 결함으로 부터 구분하는 것이 가능하다.

박강판(1)의 폭방향으로 자기센서(2)의 박강판(1)으로 부터의 높이의 두 배 정도의 간격으로 배열된 인접한 자기센서(2)들 사이의 신호를 비교함으로써 앞의 점상결함으로부터 폭방향의 선상 결함을 구분하는 것이 가능하다.

따라서 비금속 개재물(9) 및 롤마크(11), 덜마크 또는 덴트(10) 등으로 대표되는 점상 결함만을 검사할 수 있다.

덜마크(10)는 롤 표면의 일부에 이물질이 붙어 있음으로써, 제4(b)도와 같이 박강판(1)에 그 형상이 전사되어 음각의 결함이 발생하는 것이며, 롤마크(11)는 롤 표면의 일부에 음각의 결함이 발생하여 제4(c)도와 같이 박강판(1)에 그 형상이 전사되어 양각의 결함이 발생하는 것이며, 덴트는 롤과 박강판 사이에 철가루 등의 이물질이 존재함으로써, 박강판(1)의 표면에 음각의 형상결함이 발생하는 것이다.

또한, 이들 세 가지의 결함은 발생 위치에 따라 가열로 이전에 발생하는 경우와 가열로를 거친 후에 발생하는 경우가 있는데 덜마크와 같은 압착의 경우 압축응력이 발생하게 되나 가열로를 거치는 동안에 응력의 풀림 현상이 발생되므로, 가열로 전단 및 후단의 발생결함은 위치에 따라 물성이 바뀌게 되며, 이것은 박강판(1)의 자기적인 물성을 변하게 함으로써, 누설자속신호의 해석상에 문제를 발생한다.

그러나, 롤마크(11)의 경우 양각의 형상결함이 발생하므로, 이러한 응력의 효과는 형상에 의한 효과에 비해 약하다.

따라서 일반적으로 롤마크(11)의 누설자속신호의 수직성분(제4(c)도)은 비금속 개재물(9)에 의한 누설자속의 수직성분 신호에 비해 그 부호가 반전된다.

따라서 누설자속신호의 수직성분 파형을 이용하여, 그 파형을 분석할 경우, 롤마크(11)와 같이 양각의 표면 형상 결함을 분리해서 관리하는 것이 가능하다.

위의 방법으로 점상 결함을 분리하는 것에 더해 양각의 형상 결함을 분리하는 것으로부터 비금속 개재물(9) 및 표면 결함의 검출이 가능하며, 또한 결함의 분류능이 향상된다.

Claims (4)

1. 박강판(1)의 내부 및 표면에 있는 결함을 박강판(1)을 생산하는 중에 온라인으로 탐상하는 방법에 있어서, 적당한 수단을 사용하여 박강판(1)의 외부에서 자기장을 인가하여 박강판(1)을 자기포화시킴으로써 결함 부위에 누설 자속을 발생시킨 후, 박강판(1)으로부터 일정거리 떨어진 위치에 있는 자기센서(2)를 이용하여 박강판(1)의 진행속도와는 무관하게 엔코더(3)에 의해 일정거리 간격으로 획득한 누설자속신호의 파형을 분석함으로써 결함을 탐상하는 것을 특징으로 하는 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상방법.
2. 제1항에 있어서, 박강판(1) 외부에 박강판(1)으로부터 일정한 거리(h)를 갖는 높이에 있는 자기센서(2)를 이용하여 진행하는 박강판(1)에 대하여 상기 일정한 거리(h) 보다 작은 간격(Δ)으로 주기적으로 측정하여 얻은 누설자속의 신호 파형을 사용하여 점상 결함 및 폭방향의 선상 결함으로부터 길이방향의 선상 결함 및 면상 결함을 구분하여 탐상하는 것을 특징으로 하는 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상방법.
3. 제1항에 있어서, 박강판(1)의 폭 방향으로 일정 간격으로 배열된 다수의 자기센서(2)로부터 획득한 누설자속신호를 분석함으로써, 점상 결함으로부터 폭방향의 선상 결함을 구분하며, 길이방향의 선상 결함으로부터 면상 결함을 구분하는 것을 특징으로 하는 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상방법.
4. 제1항에 있어서, 박강판(1)의 길이방향으로부터 획득한 누설자속신호의 파형을 분석함으로써 롤마크(11) 등의 양각형상 결함을 덴트(10) 등의 음각형상 결함 및 비금속 개재물(9)로부터 구분하여 탐상하는 것을 특징으로 하는 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상방법.