KR100352133B1 - 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치에 관한 것으로서, 누설자속법에 의한 박강판의 결함을 자기센서로 탐상하는 탐상장치에 있어서, 전원공급장치(10)로부터 전원이 인가되는 홀자기센서(11)에 증폭기(12)를 통해 유도자장에 의한 영향을 제거하는 고대역통과필터(13)를 연결하고, 이 고대역통과필터(13)에다 잡음을 억제하여 잡음과 신호의 비를 향상시키는 증폭기 및 저대역통과필터(14)를 통해 출력부(15)를 연결하여 이루어진 구성으로 센서 주변에 아주 복잡한 자기차폐구조물을 설치할 필요가 없으므로 자기 센서부를 간단하게 구성할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 우수한 감도를 갖고 가격이 저렴한 장점이 있으며, 기기의 운용방식도 편리한 이점이 있는 것이다.

Description

누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치

본 발명은 박강판의 결함을 홀(Hall)자기센서를 이용하여 검출하는 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치에 관한 것이다.

박강판에 존재하는 결함은 크게 표면에 노출된 결함인 표면결함과 강판의 내부에 존재하는 내부결함으로 구분되며, 표면결함으로는 롤마크(roll mark), 덜마크(dull mark), 덴트(dent), 스티커(sticker), 버클(buckle)등이 있고, 내부결함으로는 비금속 개재물이 있다. 박강판의 내부 혹은 표면흠을 검출하기 위해서는 한국 특허공고 제96-5364호에 개시된 바와 같이 박강판을 자화시키고, 자화된 박강판에 존재하는 흠 주위에 발생하는 누설자속을 자기센서로 검출하는 누설자속 탐상법을 사용하고 있다. 이러한 누설자속 탐상법의 원리는 도 1에 나타낸 바와 같이 박강판(1)의 결함(2)을 찾기 위해서는 철심(3)에 코일(4)을 감아 만든 전자석으로 박강판(1)을 자화시켜야 한다. 박강판(1)을 자화시키기 위하여 영구자석을 사용할 수도 있으나 강판의 두께, 물성등의 변수에 따라 자화강도도 달라야 하므로 영구자석은 적합하지 않다. 전자석은 도 1에 나타낸 자화전원장치(5)에 의하여 자화강도를 조절할 수 있으므로 자화를 위한 적합한 방법이다. 자화기를 통한 자화는 일반적으로 박강판이 거의 포화될 정도의 자화를 위한 전류를 공급해 준다. 즉, 박강판은 자성 물질이어야 하므로 비선형적인 자기특성을 지니고 있으므로 자화전류에 따른 자화정도는 비선형적이 되고 일정한 자화전류에서는 포화된다. 박강판에 흠이 존재할 경우 흠에의해 발생되는 누설자속을 자기센서(6)로 측정하는데 그 누설자속의 모양은 도 2에 도시한 바와 같다. 도 2에 있어서, 결함(2)에 의해 발생되는 누설자속(A),(B)은 흠의 크기에 비해 상당히 넓은 영역까지 그 신호를 확장시킨다. 예컨대 0.3mmΦ 직경의 구멍이 박강판에 발생했을 경우 센서와 박강판의 거리인 리프트오프(lift off) 2mm에서 누설자속 신호가 센서에 미치는 영역은 약 14mm까지 확장되고, 직경 0.1mm인 관통홀의 경우는 약 12mm이다. 한편 두 경우의 결함에 의한 누설자속의 신호 크기는 약 3배정도 0.3mm인 경우가 0.1mm인 경우보다 크다. 이러한 공간확장성을 이용하여 강판의 전 폭에 대한 결함을 탐상하고자 할 경우 강판의 폭 방향으로 자기센서를 강판의 전폭에 걸쳐 일렬로 배열한다.

누설자속을 측정하기 위해서는 박강판에 수직한 성분의 자장(A)이나 수평한 성분의 자장(B)을 측정해야 하는데, 일반적으로 센서의 배치와 신호의 처리 측면에서 유리한 수직 자장(A)을 측정한다. 도 2에서 흠 중앙 부위의 수직 성분 누설자속이 비선형적으로 굴곡이 진것(실선)은 리프트오프가 작을 경우이고, 리프트오프가 큰 경우는 거의 선형적(점선)으로 된다.

이러한 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치는 최종제품을 생산하기 전에 그 모재의 결함을 탐상하는 장치로 모재의 품질을 평가하여 결함이 존재하는 강판을 가공하므로 인한 경제적 시간적 손실을 피하고, 고품질의 생산품을 수요가에게 납품하므로써 클레임 율을 저하시키고, 제품의 부가가치를 향상시킬 수 있으므로 그 경제적 가치가 클 뿐만 아니라 기술적 가치도 크다.

종래에는 유럽특허 제0544911A1호(Method and Detecting Magnetic Flux, NNK)에 개시된 것으로서 박강판의 흠을 탐상하기 위하여 비교적 감도가 높은 피크(peak)검출 형식의 플럭스게이트 센서를 사용하였고, 강판의 흠이 아닌 다른 요인에 의해 발생되는 자기장의 분포영역이 흠에 의한 것보다는 수배 이상 넓은 것을 착안하여 두 센서에서 측정한 자장을 차감하는 방법으로 흠에 의한 신호만 추출하였다. 그러나 이 경우는 센서자체의 동작범위가 수 가우스(Gauss)에 불가하므로 강한 자장 내에서 도체인 강판이 수십에서 수백mpm 정도의 속도로 운동할 때 발생하는 수십 가우스 정도의 큰 유도 자장에 의해 센서는 동작을 할 수 없게 된다. 따라서 이 경우는 센서가 안정되게 동작하도록 하기 위해 센서주변에 아주 복잡한 자기차폐 구조물을 설치 하여야 하며, 동일한 자기차폐능 및 센서의 출력을 얻기 위해 센서의 배열이 아주 정교하여야 하는 단점이 있다. 따라서 종래의 누설자속법에 의한 박강판의 흠 탐상기술은 제작의 단가가 높을 뿐만 아니라 기기의 운영에 있어서도 상당한 어려움이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 박강판 결함 탐상장치가 갖는 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 동작범위가 넓고, 감도가 우수한 홀자기센서를 이용하여 박강판에 존재하는 결함을 탐상함으로써 장치의 제작을 용이하게 하고, 그 제작단가를 저감시키며, 기기의 운용도 편리한 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 누설자속법에 의한 탐상원리를 나타낸 개념도,

도 2 는 흠에 의해 발생되는 누설자속의 모양을 나타낸 도면,

도 3 은 본 발명 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치의 구성도이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1: 박강판 2: 결함

3: 철심 4: 코일

5: 자화전원장치 6: 자기센서

10: 전원공급장치 11: 홀자기센서

12: 증폭기 13: 고대역통과필터

14: 증폭기 및 저대역통과필터 15: 출력부

A: 수직성분 B: 수평성분

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치는 누설자속법에 의한 박강판의 결함을 자기센서로 탐상하는 탐상장치에 있어서, 전원공급장치(10)로부터 전원이 인가되는 홀자기센서(11)에 증폭기(12)를 통해 유도자장에 의한 영향을 제거하는 고대역통과필터(13)를 연결하고, 이 고대역통과필터(13)에다 잡음을 억제하여 잡음과 신호의 비를 향상시키는 증폭기 및 저대역통과필터(14)를 통해 출력부(15)를 연결하여 자기센서의 조절기를 하이브리드 집적회로로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치의 구성도로서, 현재 시판되고 있는 홀자기센서 중에서 저렴한 가격이며, 감도가 우수한 센서를 선택하여 그 조절기를 도 3과 같이 구성하였다. 이러한 조절기는 하이브리드 집적회로(hybride IC)로 구성 하였으므로 그 크기는 25㎜ｘ45㎜이다. 하이브리드 집적회로 내에는 홀센서를 안정되게 동작시키기 위하여 일정한 전압의 직류전압을 인가하는 전원공급장치(10)가 내장되어 있으며, 홀자기센서(11)의 출력신호를 증폭기(12)에서 1차 증폭을 한 후 이 신호를 고대역통과필터(13)에 입력 하였다. 따라서 홀자기센서(11)의 출력신호는 강판의 속도에 의해 발생하는 유도자장을 제거하므로 종래의 기술과 같은 더 이상의 자기차폐나 센서의 배열을 위한 노력은 필요 없게 된다. 고대역통과필터(13)를 거친 누설자속 신호는 증폭기 및 저대역통과필터(14)에 인가되며, 여기서 강판의 폭 방향으로 배열된 모든 홀자기센서(11)에 대한 이익을 조절하게 되고, 고주파수의 잡음을 없앤다. 탐상장치는 잡음의 특성을 향상시키기 위하여 홀자기센서(11)의 바로 위에 설치 하였고, 센서와 센서의 거리는 5㎜로 배열하였다. 이렇게 하므로써 본 발명 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치는 간단한 자기 센서부를 구성하여 우수한 감도를 나타내는 효과 뿐만 아니라 저렴한 가격 및 기기 운용이 편리한 장점을 갖는다.

본 발명에 사용한 홀자기센서(11)는 시중에 판매되고 있는 고감도, 저가의 홀자기센서이며, 도 3에 나타낸 전원공급장치(10)에는 하이브리드 집적회로 내의 각종 집적회로의 동작을 위한 ±15V의 전원 리드선이 있으며, 정류기를 이용한 1.5V 정전압을 출력할 수 있도록 되어 있다.

1.5V의 정전압은 전압 폴로우(follower)를 거쳐 홀자기센서(11)에 일정하게 인가된다. 한편 홀자기센서(11)의 출력은 증폭기(12)에서 약100배의 이득으로 일정하게 설정된 집적회로를 거치게 되며, 증폭된 신호는 능동소자로 구성된 임계주파수가 약10Hz인 고대역통과필터(13)에 입력된다. 예컨대 전자석에 인가되는 자화전류가 5A이고, 리프트오프가 2㎜일 경우 약 1000mpm의 속도로 주행하는 강판에 유도된 와전류에 의한 유도자장은 약 100 가우스 이므로 센서의 동작범위는 적어도 105 가우스는 되어야 자기차폐를 하지 않아도 된다. 본 발명에 사용한 홀자기센서(11)는 약 1테슬라(Tesla) 정도의 동작범위를 가지고 있으므로 자기차폐는 필요하지 않게된다. 고대역통과필터(13)를 거친 누설자속 신호는 불과 수백 mV 정도이며, 여기에는 공기중에 노출되어 있는 고주파수의 잡음성분이 중첩되어 있다. 따라서 본 발명에서는 집적회로의 동작범위 내에서 결함에 의한 신호를 안정적으로 취하기 위해 약 20배의 이득을 가진 증폭기(12)를 사용하였고, 동시에 약 10KHz의 임계주파수를 가진 저역통과필터를 구성하였다.

또한 홀자기센서(11)에 의한 누설자속 신호는 수mV 정도로 아주 미세하므로 잡음특성을 향상시키기 위하여 하이브리드 집적회로는 센서의 바로 위 약 20㎜에 설치하였고, 센서와 센서의 거리는 5㎜로 배열하였다.

따라서 본 발명 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치는 센서 주변에 아주 복잡한 자기차폐구조물을 설치할 필요가 없으므로 자기 센서부를 간단하게 구성할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 우수한 감도를 갖고 가격이 저렴한 장점이 있으며, 기기의 운용방식도 편리한 이점이 있다.

Claims (1)

1. 누설자속법에 의한 박강판의 결함을 자기센서로 탐상하는 탐상장치에 있어서, 전원공급장치(10)로부터 전원이 인가되는 홀자기센서(11)에 증폭기(12)를 통해 유도자장에 의한 영향을 제거하는 고대역통과필터(13)를 연결하고, 이 고대역통과필터(13)에다 잡음을 억제하여 잡음과 신호의 비를 향상시키는 증폭기 및 저대역통과필터(14)를 통해 출력부(15)를 연결하여 자기센서의 조절기를 하이브리드 집적회로로 구성한 것을 특징으로 하는 누설자속법에 의한 박강판 결함의 탐상장치.

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