KR100428845B1 - Scale thickness measurement system and method of steel surface for portable - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포터블용 강판 표면의 스케일층 측정장치 및 방법, 보다 상세하게는 강판의 표면에 형성된 스케일층의 두께를 자기 유도 방식의 센서와 비접촉식 온도센서를 사용하여 강판의 온도에 따른 스케일 측정치의 보정을 토대로 비파괴 상태에서 원하는 위치로 이동 시키면서 신속하고 간편하게 측정할 수 있게한 포터블용 강판 표면의 스케일층 측정장치 및 방법에 관한 것으로,The present invention is a scale layer measuring device and method of the surface of the portable steel sheet, more specifically, the thickness of the scale layer formed on the surface of the steel sheet using a magnetic induction sensor and a non-contact temperature sensor to correct the scale measurement value according to the temperature of the steel sheet The present invention relates to a scale layer measuring apparatus and method for a portable steel sheet surface that can be quickly and easily measured while moving to a desired position in a non-destructive state.
즉, 연자성 코아를 중심으로 중앙부에 자기 유도 코일을 형성시키고, 상부와 하부에는 검지 코일을 형성시켜 두 검지 코일 사이에서 유도되는 전압차를 측정할 수 있도록 하는 단계와, 이들 전압차로부터 스케일의 두께를 환산하는 단계와, 상기 센서를 직사각형의 어레이 형태로 배열하여 각각의 측정치를 평균적으로 측정할 수 있는 단계와, 비접촉식 온도 센서를 사용하여 온도보정이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.That is, by forming a magnetic induction coil in the center centered around the soft magnetic core, and forming a detection coil in the upper and lower parts to measure the voltage difference induced between the two detection coils, Converting the thickness, arranging the sensors in the form of a rectangular array to measure the average of each measurement, characterized in that by using a non-contact temperature sensor to enable temperature correction.
Description
본 발명은 포터블용 강판 표면의 스케일층 측정장치 및 방법, 보다 상세하게는 강판의 표면에 형성된 스케일층의 두께를 자기 유도 방식의 센서와 비접촉식 온도센서를 사용하여 강판의 온도에 따른 스케일 측정치의 보정을 토대로 비파괴 상태에서 원하는 위치로 이동 시키면서 신속하고 간편하게 측정할 수 있게한 포터블용 강판 표면의 스케일층 측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention is a scale layer measuring device and method of the surface of the portable steel sheet, more specifically, the thickness of the scale layer formed on the surface of the steel sheet using a magnetic induction sensor and a non-contact temperature sensor to correct the scale measurement value according to the temperature of the steel sheet The present invention relates to a scale layer measuring device and a method for measuring the surface of a portable steel sheet that can be quickly and easily measured while moving to a desired position in a non-destructive state.
일반적으로, 강판의 제조 공정중에 생성되는 스케일은 가열로에서부터 열간 압연 전까지를 1차 스케일로 구분하고, 상기 압연 공정 이후에 생성되는 스케일을 2차 스케일로 구분하는데, 위의 공정에서 발생된 1차 스케일은 스케일제거 방법에 의해 강제로 제거되며, 최종적으로 후판이나 열연판에 형성된 2차 스케일은 판두께 압연 조건 및 강종에 따라 그 두께가 변한다.In general, the scale produced during the manufacturing process of the steel sheet is divided into a primary scale from the heating furnace until the hot rolling, and the scale generated after the rolling process is divided into a secondary scale, the primary generated in the above process The scale is forcibly removed by the descaling method, and finally, the secondary scale formed on the thick plate or hot rolled plate varies in thickness depending on the plate thickness rolling condition and the steel type.
강판에 형성된 스케일층의 두께가 커질 경우, 용접작업을 하는 과정에 스케일이 용착부에 용입되어 용접 불량을 일으키게 됨과 아울러 스케일층의 밀착력이 저하되어 스케일층의 부분 박리현상 일어나게 되며, 부식 환경에 노출된 경우에는 녹이 발생하여 도장성을 해치는 등 강판의 표면 품질에 악영향을 주게 된다.When the thickness of the scale layer formed on the steel sheet is increased, the scale is deposited in the welded portion during welding, causing welding defects, and the adhesion of the scale layer is degraded, resulting in partial peeling of the scale layer. In this case, rust is generated, which adversely affects the surface quality of the steel sheet, such as impairing paintability.
그러므로, 상기 여러 불합리한 원인에 대한 규명과 스케일 두께 저감을 위한 최적 공정조건의 확보가 필수적이었다.Therefore, it was essential to identify the various irrational causes and to secure optimum process conditions for reducing the scale thickness.
철강회사에서는 이와 같은 요구에 대응하기 위하여 품질 종합 예측 시스템을개발하여 스케일의 두께를 측정하고 있으나, 이때 표준모델의 검증과 보완을 위하여서는 스케일층의 두께를 정확하고 신속하게 측정하여 이들 모델의 정확도를 높이는 것이 필요하다.To meet these demands, steelmakers have developed a comprehensive quality prediction system to measure the thickness of scales.However, to verify and supplement the standard models, the thickness of the scale layers is measured accurately and quickly to ensure the accuracy of these models. It is necessary to raise it.
한편, 종래에 스케일층의 두께를 측정하는 방법으로 시료를 채취하여 그 단면을 전자 현미경으로 관측하는 방법이 보편적이었으나, 이는 매우 한정된 부위에 국한하여 측정함으로써 측정 부위에 따라 많은 오차가 발생하였고, 시료 준비와 측정에 많은 시간과 인력이 소모되는 문제점이 있었다.On the other hand, the conventional method of measuring the thickness of the scale layer is a method of taking a sample and observing its cross section with an electron microscope, but this is limited to a very limited area by measuring a lot of errors depending on the measurement site, There was a problem in that a lot of time and manpower was consumed in preparation and measurement.
또한 종래의 자기 유도 방식을 이용한 페인팅 두께 측정용 소형 측정기(영국 Elcometer사 또는 일본 Kett사의 소형 코팅 두께 측정기)는 한 개의 측정 센서를 사용하고 있기 때문에 평균적인 스케일의 두께를 나타내기 어렵고, 스케일층의 자기투자율과 폐인팅층의 자기 유도율이 상이함에 따라 절대적인 측정값을 얻을 수 없었으며, 강판의 온도가 상온일 경우에만 측정이 가능하기 때문에 강판 제조공정중 강판의 온도가 높은 상태에서는 측정이 불가능하여 공정도중에 신속한 측정을 할 수 없는 등의 문제점도 있었다.In addition, the conventional miniature gauge for painting thickness measurement using a magnetic induction method (miniature coating thickness gauge of Elcometer, UK or Kett, Japan) is difficult to show the average thickness of the scale because it uses one measuring sensor. Since the magnetic permeability and the magnetic induction rate of the closed insert layer were different, absolute measured values could not be obtained, and measurement was possible only when the temperature of the steel sheet was at room temperature. There was also a problem such as not being able to measure quickly during the process.
본 발명은 상기와 같은 종래의 강판의 스케일 측정에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 다수의 자기 유도 방식의 센서와 비접촉식 온도 센서를 이용하여 비파괴 상태에서 원하는 위치로 이동시키면서 측정할 수 있는 포터블용 강판 표면의 스케일층 측정장치 및 방법를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems caused by the scale measurement of the conventional steel sheet as described above, the object of which is to measure while moving to a desired position in a non-destructive state by using a plurality of magnetic induction sensor and a non-contact temperature sensor It is to provide a scale layer measuring apparatus and a method of a portable steel sheet surface.
본 발명의 자기 유도 방법은 소지 기판과 코팅층 사이의 자기적 특성차가 있을 경우 코팅층의 두께를 측정할 수 있는 방법으로써 페인트층의 두께나 아연도금층의 두께를 측정하는데 사용이 가능한 방법이다.Magnetic induction method of the present invention is a method that can measure the thickness of the coating layer when there is a difference in magnetic properties between the substrate and the coating layer is a method that can be used to measure the thickness of the paint layer or the galvanized layer.
스케일층의 자기적 특성이 소지 강판과 다르므로 스케일층의 두께도 자기 유도 방식을 사용하면 측정이 가능할 것으로 판단되어 사전 스케일에 대한 실험 결과 자기 유도센서의 출력값이 스케일의 두께와 상관 관계가 있음을 확인하였다.Since the magnetic properties of the scale layer are different from those of the steel sheet, the thickness of the scale layer can be measured by using the magnetic induction method, and the experimental results of the pre-scale indicate that the output value of the magnetic induction sensor has a correlation with the thickness of the scale. Confirmed.
따라서 자기 유도 방식의 센서를 사용하여 신속하게 스케일의 두께를 측정하고자 하였다.Therefore, we tried to measure the thickness of the scale quickly by using a magnetic induction sensor.
자기 유도 센서는 측정 면적이 직경 약 2mm정도이므로 불균일한 스케일의 두께를 측정용으로는 본 발명에서는 다수의 자기 유도 센서를 사용하여 이러한 문제점을 해결하였다.Since the magnetic induction sensor has a measuring area of about 2 mm in diameter, the present invention solves this problem by using a plurality of magnetic induction sensors for measuring thickness of non-uniform scale.
즉 직사각형 형태로 자기 유도 센서를 8개 배열하여 각각의 센서로부터 출력되는 값을 평균하면 측정치의 편차가 급격히 줄어드는 결과를 얻을 수 있다.That is, by arranging eight magnetic induction sensors in a rectangular shape and averaging the values output from each sensor, the deviation of the measured value can be rapidly reduced.
또한 자기 유도 방식의 센서로부터 측정된 측정값이 강판의 온도가 변함에 따라 달라지는 변화율을 실험적으로 측정하여 이를 보정하여 줌으로써 강판의 온도가 상온에 도달하기 전이라도 신속하게 스케일의 두께를 측정 할 수 있다.In addition, the measured value measured by the magnetic induction sensor experimentally measures the rate of change that changes as the temperature of the steel sheet changes and compensates for this, so that the thickness of the scale can be quickly measured even before the temperature of the steel sheet reaches room temperature. .
따라서 본 발명의 방법를 이용하면 스케일층의 두께를 상온에서 고온(약 150C)까지의 영역에 있어 신속하고 정확하게 비파괴식으로 측정이 가능하기 때문에 강판 제조 공정에서 다양한 용도로 활용이 가능하다.Therefore, by using the method of the present invention, since the thickness of the scale layer can be measured quickly and accurately in the region from room temperature to high temperature (about 150C), it can be utilized for various purposes in the steel sheet manufacturing process.
도 1은 본 발명의 측정장치의 전체 구성을 나타낸 개략도,1 is a schematic view showing the overall configuration of a measuring device of the present invention;
도 2는 본 발명의 자기 유도 방식 센서의 구성을 나타낸 개략도,2 is a schematic view showing the configuration of a magnetic induction sensor of the present invention,
도 3은 본 발명에 의한 스케일 두께에 따른 자기 유도 센서의 출력값을 나타낸 그래프,3 is a graph showing the output value of the magnetic induction sensor according to the scale thickness according to the present invention,
도 4는 본 발명의 자기 유도 센서의 출력값을 이용하여 스케일의 두께를 환산한 그래프,4 is a graph that converts the thickness of the scale using the output value of the magnetic induction sensor of the present invention,
도 5는 본 발명의 온도에 따른 스케일 두께 측정값의 변화를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a change in scale thickness measurement value according to the temperature of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ><Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>
10 : 본체 11 : 표시부10 main body 11 display unit
12 : 키패드 13 : 손잡이12 keypad 13 knob
14 : 지지부 20 : 온도센서14: support 20: temperature sensor
30 : 자기 유도 센서 31 : 연자성 코아30: magnetic induction sensor 31: soft magnetic core
32 : 자기 유도용 코일 33, 33' : 검지 코일32: magnetic induction coil 33, 33 ': detection coil
이하, 본 발명의 포터블용 강판 표면의 스케일층 측정방법를 첨부도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the scale layer measuring method of the portable steel sheet surface of this invention is demonstrated with reference to an accompanying drawing.
도 1은 본 발명의 측정방법의 외관을 나타낸 구성도이고, 도 2는 상기 방법에 적용된 자기 유도 센서의 동작원리를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 본체(10)의 상부에 스케일층 측정치 및 강판의 온도를 나타내는 표시부(11)와 검량선 설정용 상수를 입력할 수 있는 키패드(12)가 각각 구비되어 있다.Figure 1 is a block diagram showing the appearance of the measuring method of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing the operation principle of the magnetic induction sensor applied to the method, the scale layer measurement value and the upper part of the body 10 The display part 11 which shows temperature, and the keypad 12 which can input the calibration curve setting constant are provided, respectively.
상기 본체(10)의 중앙부위에는 측정위치로 자유로이 옮길 수 있도록 이동용 손잡이(13)가 부설되고, 이 손잡이(13)의 하부측에는 측정하기 위한 강판(S)의 표면에 기립될 수 있도록 지지부(14)가 형성되어 있다.A moving handle 13 is attached to the central portion of the main body 10 so as to be freely moved to the measurement position, and the support portion 14 is provided at the lower side of the handle 13 to stand on the surface of the steel sheet S for measurement. Is formed.
상기 지지부(14)의 저면에는 그 중앙부위에 비접촉 상태에서 온도를 감지하는 온도센서(20)가 장착되고, 이 온도센서(20)를 기점으로 하는 주위에는 정사각형의 범위에서 균일 간격을 유지하도록 다수개로 구성된 자기 유도 센서(30)가 장착되어 있다.The bottom surface of the support portion 14 is equipped with a temperature sensor 20 for sensing a temperature in a non-contact state at the center portion thereof, and a plurality of around the temperature sensor 20 to maintain a uniform interval in the square range around A magnetic induction sensor 30 composed of dogs is mounted.
강판(S) 표면에 형성된 스케일층에 접촉되는 상기 자기 유도 센서(30)는 연자성 코아(31)를 중심으로 중앙부에 자기 유도용 코일(32)을 권취시키되 그 상부와 하부에는 각각의 검지 코일(33)(33')을 권취하여 된 센서를 어레이 방식으로 배열한 구성으로 되어 있다.The magnetic induction sensor 30 is in contact with the scale layer formed on the surface of the steel sheet (S) is wound around the soft magnetic core 31, the coil for induction 32 in the center portion of the upper and lower respective detection coils The sensor obtained by winding the (33) and (33 ') is arranged in an array manner.
자기 유도 센서(30)의 갯수는 8개가 바람직하며, 이때 자기 유도 센서(30)의 개수가 너무 적으면 스케일 두께 값의 평균치를 제대로 나타내지 못하면서 측정위치에 따라 편차가 크게 되며, 만약 상기 센서(30)의 갯수가 너무 많으면 소형으로 제작이 어렵기 때문에 8개 정도가 가장 적당하다.The number of the magnetic induction sensor 30 is preferably 8, and if the number of the magnetic induction sensor 30 is too small, the deviation is large depending on the measurement position without properly indicating the average value of the scale thickness values. If the number of) is too large, it is most difficult to manufacture because it is small.
각 자기 유도 센서(30)에는 수 kHz대의 주파수를 인가하여 연자성 코아(31)를 중심으로 하는 두 검지 코일(33)(33')에서 유도되는 전압을 차동 증폭한 값으로 스케일 두께로 환산한다.A frequency of several kHz is applied to each of the magnetic induction sensors 30 to convert the voltage induced by the two detection coils 33 and 33 'centered on the soft magnetic core 31 into a differentially amplified value. .
본 발명에서는 1kHz 주파수의 5V 피이크 전압을 가지는 사인파를 사용하였다. 주파수가 너무 높으면 탐침 거리가 짧아지기 때문에 두꺼운 스케일층의 두께 환산에서 오차가 크게 발생하며, 너무 낮은 주파수의 경우에는 센서 출력 전압이 감소하여 측정 오차가 커진다.In the present invention, a sine wave having a 5 V peak voltage of 1 kHz frequency is used. Too high a frequency results in shorter probe distances, resulting in a greater error in terms of the thickness of the thick scale layer, and at too low a frequency, the sensor output voltage decreases to increase the measurement error.
출력 전압값을 스케일 두께로 환산하기 위하여서는 강판(S)의 단면을 전자 현미경으로 관찰하여 측정한 스케일 두께와 자기 유도 센서(30)로부터 출력되는 전압과의 관계식을 도출하여야 한다.In order to convert the output voltage value into the scale thickness, the cross section of the steel sheet S must be observed with an electron microscope to derive a relationship between the scale thickness and the voltage output from the magnetic induction sensor 30.
도 3은 본 발명에 의하여 다수의 강판에 대한 측정한 값으로 검량선을 설정한 선도로서, 검량선은 두 개의 표준 시료를 사용하여 설정할 수 있는데 이중 한 개는 스케일이 없는 강판을 사용하며, 두 번째 표준 시료는 두께를 알 수 있는 스케일 표준 시료이거나 필름 형태의 표준 시료를 사용하였다.3 is a diagram in which a calibration curve is set as measured values for a plurality of steel sheets according to the present invention, and the calibration curve can be set using two standard samples, one of which uses a steel plate without scale, and a second standard. The sample was a scale standard sample of known thickness or a standard sample in the form of a film.
두 개의 표준 시료를 사용하여 기기의 보정을 행할때는 다음의 절차에 의하여 시행한다.When calibrating the instrument using two standard samples, follow the procedure below.
제 1단계;First step;
필름의 두께와 출력 전압과의 관계를 0.1㎛ 간격으로 테이블을 작성한다.A table is created at 0.1 μm intervals between the film thickness and the output voltage.
제 2단계2nd step
첫 번째 표준시료(스케일 두께= t1㎛)를 사용하여 출력전압(v1)을 측정한다.Measure the output voltage (v1) using the first standard sample (scale thickness = t1㎛).
제 3단계3rd step
상기 제 1단계에서 작성한 테이블에서 v1에 해당하는 스케일 두께(t1′)를 환산한다.The scale thickness t1 'corresponding to v1 is converted from the table created in the first step.
제 4단계4th step
두 번재 표준시료(스케일 두께 = t2㎛)를 사용하여 출력전압(v2)을 측정한다.Measure the output voltage (v2) using a second standard sample (scale thickness = t2µm).
제 5단계5th step
상기 제 1단계에서 작성한 테이블에서 V2에 해당하는 스케일 두께(t2′)를 환산한다.In the table created in the first step, the scale thickness t2 'corresponding to V2 is converted.
제 5단계5th step
상수값 a와 b를 다음 식에 의하여 계산한다.Constants a and b are calculated by the following equation.
a=t1-(t2-t1)/)t2′-t1′)(t1′)a = t1- (t2-t1) /) t2'-t1 ') (t1')
b=(t2-t1)/(t2′-t1′)b = (t2-t1) / (t2'-t1 ')
제 7단계7th Step
미지 시료에 대하여 출력 전압(v)를 측정한다.The output voltage v is measured on an unknown sample.
제 8단계8th Step
상기 제 1단계에서 작성한 테이블에서 출력 전압(v)에 대한 스케일 두께 tm로 환산한다.In the table created in the first step, it is converted into the scale thickness t m for the output voltage v.
제 9단계9th Step
다음 식에 의하여 최종적인 스케일 두께(t)로 환산한다.The final scale thickness t is converted by the following equation.
t=a+btm t = a + bt m
이상의 절차에 의하여 측정된 스케일 두께 값은 단면 전자 현미경에서 구한 스케일 측정값과 비교한 후(도 4) 이 그래프의 1차 최소 자승법에 의하여 피팅할 경우의 기울기 값을 사용한 보정 상수 1.74를 곱하여 최종적인 스케일 두께로 환산한다.The scale thickness value measured by the above procedure is compared with the scale measurement value obtained from the cross-sectional electron microscope (FIG. 4), and then multiplied by a correction constant of 1.74 using the slope value when fitting by the first-order least-square method of this graph. Convert to scale thickness.
보정 상수 1.74는 표준 시료로 사용하는 필름과 스케일층과의 자기 투자율이 서로 다른 원인에 의한 것으로, 필름형태의 표준시료를 사용할 경우 보정해 주어야 하며, 두께를 알고 있는 스케일 표준시료를 사용하여 검량선을 작성할때에는 보정계수를 곱할 필요가 없다.The calibration constant of 1.74 is caused by the different magnetic permeability between the film used as the standard sample and the scale layer, and should be corrected when using the film type standard sample, and the calibration curve is determined using the scale standard sample whose thickness is known. There is no need to multiply the correction factor when writing.
각 센서별로 상기 단계를 거쳐 계산된 측정값은 8개 시료에 대하여 평균값을 취한후 도 5에 나타난 바와 같이 강판 온도에 따른 보정을 행한다.The measured values calculated through the above steps for each sensor are averaged for eight samples and then corrected according to the steel plate temperature as shown in FIG. 5.
강판의 온도가 상온 이상일 경우에는 스케일 두께치가 변하는데 그 변화율은 도 5의 그래프를 사용하여 계산하면 0.0016×(상온에서의 측정값)/C가 된다.When the temperature of the steel sheet is higher than or equal to room temperature, the scale thickness value changes, but the rate of change becomes 0.0016 × (measured value at room temperature) / C calculated using the graph of FIG. 5.
최종적으로 계산된 스케일 두께값은 방법 상부에 설치된 표시부(11)에 표시되며 소형의 내장된 프린터를 사용하여 프린트가 가능하도록 한다.The finally calculated scale thickness value is displayed on the display unit 11 installed at the top of the method, and printing is possible using a small built-in printer.
이상과 같이 본 발명은 다수의 자기 유도 센서와 비접촉식 온도 센서를 사용함으로써 강판 표면의 온도가 높더라도 현장에서 비파괴적으로 신속하게 강판 표면의 스케일층의 두께를 측정할 수 있게 되어 스케일 두께 최소화를 위한 공정 조건도출이나 표면 품질 평가에 유용하게 이용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention enables the measurement of the thickness of the scale layer on the surface of the steel sheet quickly and non-destructively in the field even when the temperature of the steel sheet surface is high by using a plurality of magnetic induction sensors and the non-contact temperature sensor. There is an effect that can be usefully used for the process conditions derivation and surface quality evaluation.
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