KR100388313B1 - 박강판 결함탐상을 위한 신호처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속으로 주행중인 박강판의 내부 혹은 표면에 존재하는 흠을 탐상하기 위한 자기센서의 신호를 컴퓨터로 처리하는 방법에 관한 것으로, 주행중인 박강판(10)상의 결함(11)을 자기센서(15)로 탐지하는 단계와, 상기 자기센서(15)로 부터의 신호를 아날로그 신호처리부(16)를 거치는 단계와, 상기 아날로그신호를 A/D보드(17)로디지탈화 하는 단계와, 상기 디지탈화 한 신호를 컴퓨터(18)를 이용하여 평균을 내는 단계와 상기 컴퓨터(18)를 이용하여 평균을 낸 값을 미분(19)하는 단계를 통해 결함(11)에 의한 신호 외의 신호를 제거하여 탐상 감도를 향상시키 도록 하여서 된 것이다.

Description

박강판 결함탐상을 위한 신호처리 방법

본 발명은 고속으로 주행중인 박강판의 내부 혹은 표면에 존재하는 흠을 탐상하기 위한 자기센서의 신호를 컴퓨터로 처리하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 박강판의 내부 혹은 표면에 존재하는 흠을 탐상하기 위해서 여러 가지 검출방법을 사용하고 이는데, 롤마크, 덜마크, 덴트(dent), 스티커(sticker) 등의 표면에 존재하는 표면결함은 광학적인 방법에 의해 탐상이 가능하지만 내부에 존재하는 결함의 경우는 광학적인 방법으로 검출하는 것이 불가능하다.

따라서 새로운 방식을 도입하여야 하는데, 가능한 방법으로는 초음파나 와전류, 누설자속 등의 방법으로 검출하는 것이다.

상기 초음파에 의한 방법은 초음파센서를 강판에 접촉하여야 하므로 고속주행중인 강판의 경우는 적용이 불가능하며, 현재 개발되고 있는 비접촉식 레이저 초음파의 경우는 강판에 존재하는 큰 결함은 검출 가능하지만 일반적으로 제품에 문제가 되는 비금속 개재물과 같은 미소한 결함은 검출이 불가능하다.

그리고 와류탐상의 경우 누설자속방식과 아주 흡사한 면이 있으나 강판을 교류로 자화시키는 강도가 약하고 근본적으로 센서의 면적을 mm 이하로 낮추는 것이 불가능하므로 강판의 내부에 존재하는 미소한 흠의 신호는 아주 미약하여 적용하는 것이 곤란하다.

따라서 강판의 내부에 존재하는 결함을 탐상하기 위해서는 강판을 강한 자화기로 자화시키고, 이 자화된 강판에 존재하는 결함에 의한 누설자속을 자기센서로 검출하는 누설자속 탐상방법을 사용하고 있다. (예:한국특허공고 제 96-53641호)

박강판의 내부 결함을 검출하기 위한 누설자속탐상에 사용되는 자기센서로는 플럭스게이트 센서나 홀 센서와 같은 자기센서를 사용하고 센서의 출력을 안정적으로 처리하기 위하여 아날로그 전자회로를 이용하여 신호를 증폭, 필터링, 미분, 적분 등의 방법을 사용한다.

이의 경우는 전자회로의 구성에 의해 신호를 처리하므로 신호처리를 위한 알고리즘을 변화시키기 위해서는 많은 경제적 투자가 필요하며, 시간도 많이 소모하게 되므로 경제적 부담이 크다.

따라서 최소한의 아날로그 신호를 이용하여 컴퓨터를 이용한 신호처리 방법이 경제적 손실을 막을 수 있는 방법이다.

종래에는 박강판의 흠 탐상을 위한 누설자속 탐상시 그 자기센서의 신호처리를 아날로그 방식으로 처리하였다.(EP0544911A1, Method and device for detecting magnetic flux, NKK 자료 참조) 그러나 이러한 방법의 경우는 결함의 절대적 위치를 알 수 없고, 일부 결함의 정보를 잊어버리게 된다.(예:한국특허출원 제 96-65304호 참조)

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 누설자속 탐상시 결함의 신호 특성을 보존하고, 또한 절대적 위치를 파악하면서, 컴퓨터를 이용한 디지털 신호의 처리로 결함에 의한 신호의 감도(S/N 비)를 향상시키는 데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 갖는 본 발명은 박강판의 흠을 누설자속법에 의해 자기센서로 탐지하는 단계와, 상기 센서로부터의 출력신호를 아날로그 신호처리부에서 안정화 하는 단계와, 아날로그 신호를 디지탈화 하는 A/D단계와, 디지털화 한 신호를 컴퓨터에서 평균하고 이를 미분하는 단계로 이루어져 박강판의 결함탐상을 위한 신호처리 방법을 제공함으로써 달성된다.

도 1 은 누설자속탐상의 개념도.

도 2는 결함으로부터 발생되는 누설자 속의 모양도.

도 3은 본 발명에 따른 신호처리의 흐름도.

도 4는 본 발명에 의한 신호의 모양도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 박강판 11 : 결함

12 : 철심 13 : 코일

14 : 자화전원장치 15 : 자기센서

16 : 아날로그 신호처리부 17 : A/D 보드

18 : 컴퓨터 19 : 미분

20 : 누설자속의 강판에 수직한 성분

21 : 누설자속의 강판에 수평한 성분

본 발명은 먼저 도 1에서 도시된 바와 같이 박강판(10)의 내부에 혈성된 결함(11)을 누설자속법에 의해 자기센서(15)로 탐지하고, 상기 자기센서(15)로부터 탐지한 출력신호를 도 3에서 도시된 바와같이 아날로그 신호처리부(16)에서 안정화 시킨다.

이와같은 과정이 끝나면 상기 아날로그 신호를 A/D보드(17)를 통하여 디지탈화 시키고, 이 디지털화 한 신호를 컴퓨터(18)에서 평균한 다음, 이를 다시 미분(19)하여 박강판의 결함탐상을 위한 신호처리를 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 자기적인 방법으로 박강판(10)에 존재하는 결함(11)을 탐상하기 위해서 도 1에서 도시된 바와같이 철심12)에 코일(13)을 감아 만든 전자석으로 코일(13)에 자화전류를 인가하여 박강판(10)을 자화시켜 준다.

상기 박강판(10)의 자화는 영구자석을 사용하여 자화시킬 수도 있으나 강판의 두께, 물성, 탐상하고자 하는 결함 등에 따라 자화강도를 달리 하여야 하므로 영구자석을 사용하는 것은 적합하지 않다.

전자석의 경우는 도 1에서 도시한 자화전원장치의 출력을 조절함으로써 박강판(10)의 자화강도를 조절할 수 있으므로 본 발명의 적용대상이 되는 박강판(10)의 자화에 적합한 방법이다.

이러한 박강판(10)의 자화수단을 통한 자화함에 있어서, 일반적으로 강판이 포화자화될 정도의 자화강도로 강판을 자화시키며, 이때 누설자속은 효율적으로 가장 큰 값을 가지게 된다.

그러나 덴트와 같은 표면결함을 탐상할 경우는 자화강도가 아주 약해야 하므로 자화전류를 낮추어야 한다.(예:한국특허출원 제 97-71234호 참조) 자성체로 된 박강판(10)은 비선형적인 자화특성을 지니고 있으므로 자화전류에 따른 자화강도는 비선형적으로 되고, 따라서 누설자 속의 자화전류에 따른 특성도 비선형적이다.

박강판(10)에 존재하는 결함(11)에 의한 누설자속을 도 2에 나타내었는데, 비록 박강판(10)에 존재하는 결함(11)이 아주 국소적으로(mm 이하) 그 체적을 차지하고 있어도 누설자속은 수 mm 이상으로 넓은 영역까지 확장되어 나타난다.

예를 들어 0.3 mm 직경의 구멍이 박강판(10)에 발생되었을 경우 자기센서(15)와 박강판(10)간의 거리인 리프트-오프(lift-off)이 2 mm일 때, 누설자속신호가 센서에 미치는 영역은 약 14 mm까지 확장되고, 지경이 0.1 mm인 경우는 mm 값이 약 12 mm나 된다.

한편 상기의 두 예에 대한 누설자속 신호의 크기는 약 3배 정도로 0.3 mm 구멍의 경우가 크다.

누설자속을 측정하기 위해서는 박강판(10)에 수직한 성분(20)의 자장이나 수평한 성분(21)의 자장을 측정해야 하는데, 일반적으로 센서의 배치와 신호처리의 측면에서 유리한 수직성분(20)의 자장을 측정한다.

도 2에서 결함(11)중앙 부위의 수직성분(20) 누설자속이 비선형적으로 굴곡진 실선의 경우는 리프트-오프가 아주 작은 경우이고, 선형적으로 변화하는 점선 성분은 리프트-오프가 상대적으로 큰 경우에 해당한다.

본 발명의 방법은 도 1에서 보이는 바와 같이 주행중인 박강판(10)이 전자석의 두 극간에서 자화되고 박강판(10)에 존재하는 결함(11)에 의해 발생한 누설자속을 자기센서(15)로 검지한다.

그리고 상기 검지 작업이 끝나면 도 3에서 보이는 바와같이 자기센서(15)로 검지한 출력신호를 아날로그 신호처리부(16)에서 안정화 시킨다. 이와같은 작업이 끝나면 아날로그 신호를 A/D보드(17)로 디지털화 시키고, 이 디지털화 한 신호를 컴퓨터(18)에서 평균하고, 이를 미분(19)한다.

본 발명에 사용된 자기센서(15)는 홀(Hall)센서로서, 이 센서로부터의 출력신호는 도 4의 31과 같이 여러 주파수의 신호가 복잡하게 실려 있는 모양이 되며, 이로부터 결함(11)에 의한 신호선분만을 취해 내는 것은 결함(11)에 의한 성분이 아니라 강판의 물성에 의한 신호성분 때문에 난해하다.

그러나 결함에 의한 신호는 강판자체의 자기물성에 의한 신호에 비해 공간적으로 변화율이 크므로 이를 디지털 신호화하여, 아주 빠른 신호의 변화를 수 개의 데이터를 공간적으로 평균하여 없애주고, 이를 공간적으로 소프트웨어를 이용하여 미분을 취하면 도 4의 32와 같이 결함에 의한 신호를 잘 구분할 수 있다.

본 발명에서는 미분에 의한 극성의 변화를 없애기 위하여 소프트웨어에서 일정한 방향의 공간미분을 행하였으며, 피크 대 피크(peak)값으로 결함의 크기를 파악하지 않고 미분한 신호의 피크값으로 결함의 크기를 알 수 있다.

강판의 주행 속도와 상관없이 결함의 정보를 보존하기 위해서는 일정한 거리의 간격으로 아날로그 신호를 디지탈화 하는 것이 중요한데 본 발명에서는 강판의 주행을 감지하는 엔코드를 부착하여 일정한 간격으로 데이터를 취하면 된다.

디지탈 신호를 평균함에 있어서 신호의 특성을 보존하기 위해서는 누설자속 신호가 센서에 미치는 영역의 약 1/10에 해당하는 수의 데이터를 평균하여야 한다. 예를 들어 센서에 영향을 미치는 누설자속의 성분이 약 10 mm이면, 0.25 mm 간격으로 디지탈 신호를 취했을 경우 4개의 데이터를 평균하여 처리하여야 한다.

이상과 같은 본 발명은 누설자속탐상에서 자기센서로부터의 신호를 처리함으로써 박강판에 존재하는 결함의 위치와 크기, 종류 등을 보다 정확하고 경제적으로 탐지해낼 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 주행중인 박강판(10)상의 결함(11)을 자기센서(15)로 탐지하는 단계와, 상기 자기센서(15)로 부터의 신호를 아날로그 신호처리부(16)를 거치는 단계와, 상기 아날로그신호를 A/D보드(17)로디지탈화 하는 단계와, 상기 디지탈화 한 신호를 컴퓨터(18)를 이용하여 평균을 내는 단계와 상기 컴퓨터(18)를 이용하여 평균을 낸 값을 미분(19)하는 단계를 통해 결함(11)에 의한 신호 외의 신호를 제거하여 탐상 감도를 향상시키 도록함을 특징으로 하는 박강판 결함탐상을 위한 신호처리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 디지탈 데이터를 엔코더로 일정하게 취득하는 것을 특징으로 하는 박강판 결함탐상을 위한 신호처리 방법.
3. 제 1항에 있어서, 평균을 결함신호의 영역이하로 취하는 것을 특징으로 하는 박강판 결함탐상을 위한 신호처리 방법.