KR100308828B1 - 실시간랑크폴드값측정용자왜형전자기초음파측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실시간 랑크폴드값() 측정장치에 관한 것으로서, 탐촉자(30),(31)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(32)와 탐촉자(33),(34)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(35)를 냉연코일(1)의 상부 압연방향(90도)과 폭방향(0도)에 각각 설치하고, 탐촉자(36),(37)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(38)를 상기 냉연코일(1)의 하부 가운데방향(45도)에 설치하며, 미엔드코일(39),(40)을 상기 전자기 초음파 탐촉자(32),(35)에 각각 대응하도록 상기 냉연코일(1)의 하부에 설치함과 더불어 미엔드코일(41)을 상기 전자기 초음파 탐촉자(38)에 대응하도록 상기 냉연코일(1)의 상부에 설치하고, 상기 각 탐촉자들(30),(31),(33),(34),(36),(37)과 냉연코일(1)을 접지시키며, 탐촉자(31),(34),(37)의 출력측에 수신신호증폭기(43)가 연결된 대역통과 필터(42)를 연결한 구성으로 냉연코일의 재진효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 노이즈를 양호하게 제거할 수 있는 효과가 있는 실시간 랑크폴드값(

Description

실시간 랑크폴드값 측정용 자왜형 전자기 초음파 측정장치

본 발명은 전자기 초음파 탐촉자를 이용하여 음속 이방성의 계측을 통하여 냉연코일의 실시간 랑크폴드값()을 실시간으로 측정하기 위한 것으로 잡음제거를 고려한 실시간 랑크폴드값() 측정용 자왜형 전자기 초음파 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 일반용, 구조용, 가전용, 주방용, 자동차 외판 등에 사용되는 냉연코일은 성형성이 가장 중요한 특성 중 하나이며, 성형이란 프레스 가공할 때 파단 등이 발생하지 않는 한계 즉, 심가공성(Deep Drawing Quality)이 무엇보다 중요하다.

이러한 심 가공성은 랑크폴드값(Lankfold 값:)으로 나타내는데, 랑크폴드값()의 측정은 인장시험을 통한 소성 이방성으로 측정하거나, 전자기력을 이용한 시편에 대한 공진주파수를 측정하여 얻어진 영율(Young 율)에 의하여 측정하는 공진법이 있으며, 두가지 방법 공히 시험편을 절출할 필요가 있는 파괴시험이다.

그러므로 국부적인 측정만이 가능하고 실시간 측정이 불가능하다고 하는 문제점이 있다.

또한 비파괴시험으로서는 X선 회절을 이용한 측정방법이 개발되어 있지만 간편성, 법용성 및 신속성 등의 관점에서 문제가 있다.

또 최근에는 집합조직은 탄성 이방성도 발생시키고 그것은 금속 이방성의 계측으로 가능하다는 점에 착안하여 전자기 초음파 탐촉자(EMAT ; Electro Magnetic Acoustic Transducer)를 이용한 랑크폴드값() 측정이 수행하고 있다.

전자기 초음파 탐촉자를 이용하여 랑크폴드값()을 측정하는 것은 제1도에 도시한 바와 같이, 먼저 냉연코일(1)의 압연방향(90도), 폭방향(0도), 그리고 가운데 방향(45도)의 음속을 측정하여 그 음속에 의하여 톰슨(Thompson) 등의 환산식으로 집합조직 방향계수(W400 혹은 W440)를 계산하여, 그 값을 랑크폴드값()으로 나타낸다. 그리고 이송중인 냉연코일(1)의 표면에 지장을 주지 않기 위하여 냉연코일(1)로부터 전자기 초음파 탐촉자(2)를 간격(5)을 주고 측정하지 않으면 안된다.

전자기 초음파 탐촉자의 음향발생 및 수신의 원리를 제2도에 나타냈다. 자왜현상(Magnetostriction)을 이용하는 전자기 초음파 탐촉자의 송신부(4)는 냉연코일(1)의 아래 혹은 윗쪽 한쪽에 설치된 영구자석은 혹은 전자석(13),(14)에 의하여 형성된 판 표면을 따른 정자기장 하에 미엔드코일(Meander coil : 12)에 교류전류를 공급하면 동자기장의 변화에 의하여 자왜현상이 발생하여 냉연코일(1)의 표면에 초음파를 발생시킨다. 수신부(3)는 역으로 초음파신호를 미엔트코일(12)에 유도전류화한다.

이러한 자왜현상에 의한 전자기 초음파 탐촉자(2)는 외부로부터 알루미늄으로 차단된 제한된 거리내에(약 30cm)수신부(3)와 송신부(4)를 설치하고, 전자기가 수신부(3)와 송신부(4)의 상호 직접 전달되지 않게 차단한 후, 송신부(4)에는 고출력고주파 입력신호와 직류전류를 가하고 수신부(3)에는 직류 전류와 신호인출선을 연결하여 구성한다.

이상에서 설명한 탐촉자 중 강자성체에 활용범위가 크며 본 발명의 대상인 자왜현상에 의한 전자기 초음파 탐촉자(2)를 이용하여 냉연코일(1) 음속을 측정하는 일반적인 시스템 구성은 제3도에 나타나 있다.

전자기 초음파 탐촉자(2)의 송신부(4)와 수신부(3)의 아래에 위치한 냉연코일(1)에 정자기장을 가하기 위한 직류동력공급기(7), 송신부(4)의 미엔드코일(12)에 펄스와 사인파가 결합된 톰버스터형의 고출력 고주파 입력신호를 신호조정기(6)를 통하여 공급하여 그로 인한 송신부(4)의 미엔드코일(12)로부터 신호를 예비증폭기(8)를 통하여 받아들여 송수신 신호를 동기분석하는 초음파 송수신기(10), 그리고 동기분석된 신호로부터 속도를 계산하는 속도계산기(9)로 구성되어 음속을 측정한다. 음속의 계산 혹은 측정방법은 오실로스코프 등의 화면에 표시하여 시간 간격을 측정한 후 송신부(4)와 수신부(3)의 거리를 나누는 것이 가장 간단하고 일반적으로 사용되지만 이는 실시간 사용이 불가능하여 위차상 측정법 혹은 송수신시간 간격 카운트 회로가 그러한 문제를 보완하기 위하여 수행되고 있다.

본 발명의 발명자들은 특허출원 제95-59143호에서 단일 직류공급으로 3개의 센서를 자화하고 이송속도에 동기처리하며, 간격측정장치로 신호를 선택하여 위상차 측정법으로 속도를 측정한 후 랑크폴드값()을 환산하는 시스템을 설명한 바 있다

그러나 특허출원 제95-59143호로 개시된 위상차 측정법 혹은 송수신 시간 간격 카운트회로 등에 의한 방법은 신호대 잡음비에 민감하고, 자왜현상을 이용하는 전자기 초음파 탐촉자(2)의 수신부(3)는 냉연코일(1)의 아래 혹은 아래 한쪽에 설치된 영구자석 혹은 전자석에 의하여 형성된 판 표면을 따른 정자기장하에 미엔드코일(12)에 설치되어 있는 구조이다. 그러므로 전자기 초음파 탐촉자(2)의 송수신부(4),(3)는 안테나 역할을 하여 주변의 미소한 전자기파의 변화에 민감한 구조를 갖고 있다. 이러한 상태에서 냉연코일(1)의 압연방향(90도), 폭방향(0도) 그리고 가운데방향(45도)의 음속을 측정하고 랑크폴드값()을 계산하는 것을 실시간으로 처리하는 경우 속도측정 값에 오차가 발생하여 정확한 랑크폴드값()을 측정하기 곤란하다는 문제점이 있었다.

그리고 냉연코일(1)과 탐촉자(2)와의 간격이 변화하면 동일한 크기의 잡음에 대하여 신호의 크기가 제5도에 도시한 바와 같이 변화하여 신호/잡음비(S/N비)가 변동하게 되어 정확한 랑크폴드값()을 구할 수 없다는 문제점이 있었으며, 이러한 문제점은 냉연코일(1)의 속도가 빨라지면 더욱 더 심해진다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 냉연코일의 랑크폴드값() 측정 시스템이 갖는 문제점을 해결하고자 발명한 것으로서, 랑크폴드값()을 측정하기 위하여 설정한 간격으로 3방향으로 센서를 설치하고, 각 센서들에 대하여 자화부와 교류신호부를 구분하여 측정 냉연강판 상, 하부에 설치토록 함과 동시에 접지와 대역통과 필터를 결합함으로써 출측속도 600MPM에서 측정가능하면서도 잡음의 영향을 받지 않는 실시간 랑크폴드값() 측정용 자왜형 초음파 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 전자 초음파 탐촉자에 의해 냉연코일의 음향전파 속도를 측정하는 시스템의 구성도.

제2도는 자왜현상를 이용한 전자기 초음파 탐촉자 송·수신부의 동작 원리도.

제3도는 냉연코일의 음속을 측정하는 일반적인 시스템으 구성도.

제4도는 본 발명 실시간 랑크폴드값() 측정용 자왜형 초음파 측정장치의 구성도.

제5도는 리프트-오프(Lift-Off)변화에 대한 출력신호의 최대와 최소 사이의 전압을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 냉연코일 2 : 전자기 초음파 탐촉자

3 : 수신부 4 : 송신부

5 : 간격 6 : 신호조정기

7 : 직류동력공급기 8 : 예비증폭기

9 : 속도계산기 10 : 송수신기

11 : 영구자석 12 : 미엔드코일

13,14 : 전자석 15 : 다중신호 발생기

16,18,20 : 수신부센서 17,19,21 : 발신부센서

30,31,33,34,36,37 : 탐촉자 32,35,38 : 전자기 초음파 탐촉자

39,40,41 : 미엔드코일 42 : 대역통과 필터

43 : 수신신호 증폭기

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탐촉자(30),(31)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(32)와 탐촉자(33),(34)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(35)를 냉연코일(1)의 상부 압연방향(90도)과 폭방향(0도)에 각각 설치하고, 탐촉자(36),(37)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(38)를 상기 냉연코일(1)의 하부 가운데방향(45도)에 설치하며, 미엔드코일(39),(40)을 상기 전자기 초음파 탐촉자(32),(35)에 각각 대응하도록 상기 냉연코일(1)의 하부에 설치함과 더불어 미엔드코일(41)을 상기 전자기 초음파 탐촉자(38)에 대응하도록 상기 냉연코일(1)의 상부에 설치하고, 상기 각 탐촉자들(30),(31),(33),(34),(36),(37)과 냉연코일(1)을 접지시키며, 탐촉자(31),(34),(37)의 출력측에 수신신호증폭기(43)가 연결된 대역통과 필터(42)를 연결하여서 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.

제4도는 본 발명 실시간 랑크폴드간() 측정용 자왜형 초음파 측정장치의 구성도로서, 제4도에 도시한 바와 같이 압연방향(90도), 폭방향(0도) 그리고 가운데방향(45도)의 3측에 대하여 동시에 음속을 측정하기 이하여 3개의 전자기 초음파 탐촉자(32),(35),(38)를 냉연코일(1)의 상,하부에 배치하였다. 도면에서 Ll과 L2는 폭방향(0도)과 가운데방향(45도)간 그리고 가운데방향(45도)과 압연방향(90도)전자기 초음파 탐촉자 중심간 거리이며, 실제의 적용시는 냉연코일(1)의 이송속도와 강판내 음속측정을 통한 랑크폴드값() 계산을 고려하여 동일지점이 측정되도록 설정 된다.

냉연코일(1) 상부 압연방향(90도)과 폭방향(0도)의 전자기 초음파 탐촉자(32),(35) 각각에 대응하도록 미엔드코일(39),(40)을 냉연코일(1)의 하부에 설치하며, 냉연코일(1) 하부 가운데 방향(45도)의 전자가 초음파 탐촉자(35)에 대응하도록 미엔드코일(41)을 냉연코일(1)의 상부에 설치함과 더불어 냉연코일(1)의 하부에 자화부들을 설치한다. 이에 부가적으로 각 탐촉자들(30),(31),(33),(34),(36),(37)과 냉 연코일(1)을 공통접지화하고, 탐촉자들(31),(34),(37)의 출력값에 대역통과 필터(32)로부터 ± 50Hz의 발신 주파수를 가한다.

본 장치의 동작원리는 미엔드코일(39),(40),(41)이 분리된 냉연코일(1) 상부 혹은 하부의 각 탐촉자들(30),(31),(33),(34),(36),(37)에 냉연코일(1)의 평형을 고려하여 상부에 설치된 2개의 탐촉자들(30),(31),(33),(34)에는 냉연코일(1)의 하부에 설치된 1개의 탐촉자(36),(37)에는 전자기 초음파 탐촉자(2)의 상대적인 자기력을 갖도록 전류를 미엔드코일(39),(40),(41)에 흘린다. 그에 따라 냉연코일(1)은 상,하부로부터 흡입력을 받게 되어 롤간 진행중인 냉연코일(1)의 수직방향 변동을 제한받게 된다. 그리고 이와 같이 자기적 성질을 띠게 된 냉연코일(1)에 냉연코일(1)을 기준으로 자화부의 대칭적인 위치에 미엔드코일(39),(40),(41)들을 설치하여 정자기장하에 교류전류를 공급하게 되고, 동자기장의 변화에 의하여 냉연코일(1)의 표면에 초음파를 발생시킨다. 이때 자화부들에 의한 정자기장은 냉연코일(1)에 차단되어 정자기의 영향은 미엔드코일(39),(40),(41)들에 거의 영향을 미치지 않게 된다.

또한 공통접지된 특성에 의하여 상대전류가 발생하지 않음으로 인하여 방향별 신호상에 차이를 감소시킨다. 마지막으로 발신주파수 ± 50Hz의 대역통과필터(42)는 변조신호를 제한하여 속도 환산시 오차를 감소시킨다.

본 발명장치를 여러가지 환경하에서 실제로 적용하여 본 결과는 하기 표 1 신호/잡음비와 발생주기표에 나타냈다.

[표 1]

표 1로부터 분명한 바와 같이 기존의 탐촉자들(일반형 EMAT)은 간격(5)이 0이며 실험실에서는 15/1의 S/N비와 5회/초의 잡음 발생빈도를 발생하여 측정실 프로세스인 연속어닐닝라인(Continuous Anealing Line; CAL)의 출측속도(600MPM)를 고려할 때 20Hz 즉, 50cm의 간격을 측정가능한 특성을 가졌다. 그러나 실제공장환경 그리고 임의로 설치한 모터를 접근시켰을 때 실측모드인 2.5mm의 간격(5)에서는 약 1/1의 S/N비와 20회/초의 발생빈도를 발생하여 신호로서 거의 사용이 불가능하였다. 그러나 본 발명의 결과는 동일한 조건에서 15/1의 S/N비와 5회/초의 발생빈도를 발생하여 기존의 탐촉자들의 간격(5)이 0이며 실험실 환경에서와 거의 같은 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 작용하는 본 발명 장치에 의하면 냉연코일의 재진효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 노이즈를 양호하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 탐촉자(30),(31)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(32)와 탐촉자(33),(34)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(35)를 냉연코일(1)의 상부 압연방향(90도)과 폭방향(0도)에 각각 설치하고, 탐촉자(36),(37)로 이루어진 전자기 초음파 탐촉자(38)를 상기 냉연코일(1)의 하부 가운데방향(45도)에 설치하며, 미엔드코일(39),(40)을 상기 전자기 초음파 탐촉자(32),(35)에 각각 대응하도록 상기 냉연코일(1)의 하부에 설치함과 더불어 미엔드코일(41)을 상기 전자기 초음파 탐촉자(38)에 대응하도록 상기 냉연코일(1)의 상부에 설치하고, 상기 각 탐촉자들(30),(31),(33),(34),(36),(37)과 냉 연코일(1)을 접지시키며, 탐촉자(31),(34),(37)의 출력측에 수신신호증폭기(43)가 연결된 대역통과 필터(42)를 연결하여서 구성됨을 특징으로 하는 실시간 랑크폴드값() 측정용 자왜형 전자기 초음파 측정장치.