KR100485431B1 - 이동하는스트립의결함을음파검출하기위한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 장치는, 가요성 재료로 제조되어 음파 연결 유체를 담고 있는 센서 휠 (1) 의 내부에 수용된 하나 이상의 램 파 변환기 (2) 를 구비하고 있고, 센서 휠 (1) 은 검사대상 제품의 표면과 구름 접촉한다. 상기 장치는, 한편으로는, 상기 제품의 이동방향에서 센서 휠 (1) 의 상류에 설치되어, 검사대상 제품 (11) 의 표면 (10) 과 접촉하는 롤러 (8)를 갖고, 다른 한편으로는, 상기 러너의 상류에, 상기 제품의 표면을 우수하게 습윤하는 특성을 갖는 소모성 연결 유체를 이동하는 제품의 표면 (10) 상에 제어적으로 방출하는 방출수단 (15)을 갖는다. 상기 장치는, 표면 (10) 상에서 구르면서, 표면 (10) 상에서의 운반대의 위치를 제어하는 지지 및 안내 수단 (17 - 24) 과 결합된 가동 운반대 (5) 상에 장착된다. 본 발명에 따르면, 횡방향의 스캔이 가능하므로, 고속으로 이동하는 제품 (11), 예컨대 제조중에 이동하는 강 스트립의 초음파 검사가 가능하다.

Description

이동하는 스트립의 결함을 음파 검출하기 위한 장치{APPARATUS FOR ACOUSTIC FLAW DETECTION IN A MOVING STRIP}

본 발명은, 이동하는 제품, 특히 철강 산업의 제조 공정중에 이동하는 강 스트립(steel strip)의 비파괴 제어에 관한 것이다.

특히, 본 발명은, 스트립에 안내 진동파, 예컨대 소위 램 파 (lamb wave)를 방출함으로써 스트립의 결함을 초음파 검출하는 것에 관한 것이다.

램 파는, 검사하고자 하는 제품의 두께를 통해 전파되어 제품의 대향면에 의해 안내되는 초음파 진동이다. 금속 스트립과 같은 편평한 제품의 경우에, 검사하고자 하는 제품의 두 개의 평행한 면에 의해 유도되는 파는, 이동방향에 대하여 횡방향으로, 즉 스트립의 폭을 따라 변환기의 배치를 위한 발산점으로부터 가장자리를 향하여 전파되고, 이 가장자리에서 반사되어 강한 에코 신호를 발생한다. 파가 통과하는 동안 스트립내에 존재하거나 또는 스트립의 표면상에 나타나는 비금속 개재물과 같은 결함은, 파가 횡단할 때 신호로써 응답하는 재료의 국부적인 불연속성을 나타내는데, 이러한 신호의 강도는 결함의 크기 및 특성에 달려 있으며, 발산 에코 (emission echo) 와 가장자리 에코 (edge echo) 사이에서 신호가 나타나는 순간이 스트립상에서 결함이 발생하고 있는 지점을 나타낸다.

일반적으로, 산업상의 공정에서는, 두 개의 변환기를 스트립의 이동방향으로 전후로 배치하여 사용한다. 각각의 변환기는 스트립의 상이한 가장자리에 근접 위치되어, 반대편 가장자리 방향으로 파를 발산한다. 이에 따라, 스트립은 짧은 시간 간격에 반대편 방향으로 두 번 스캔(scan)되며, 따라서 검사되는 영역의 범위 뿐만 아니라, 분석 결과의 신뢰도가 향상된다.

본 발명이 관련된 공지의 예에서는, 변환기는, 가요성 재료로 만들어지고 음파 연결 유체 (일반적으로, 물) 로 채워진 중공의 센서 휠의 내부에 수용된다. 이 센서 휠(sensor wheel)은, 이동하는 스트립에 대해 가압된 때에 구름 접촉(running contact)하는 상태가 되고, 변환기의 정면에는 변환기와 스트립 사이의 거리에 항상 일치하는 소정 두께의 연결 유체가 존재한다.

일반적으로는, 센서 휠의 지지력을 조절하여 스트립과 밀접 접촉시킴으로써 음향 계면 효과 (acoustic interface effect) 를 감소시키는 방안이 있다. 하지만, 이러한 계면에서의 완전한 연결이 확보되도록 하기 위해, 센서 휠과 스트립 사이에는, 예를 들어 미네랄 오일(mineral oil)과 같은 우수한 습윤성을 갖는 소모성 연결 유체가 외부로부터 공급된다. 그러나, 이러한 형태의 종래 장치는, 현재, 그 이용이 한계에 도달해 있다. 그 이유는, 현재의 플랜트에서 대부분 그러하듯이, 스트립의 이동속도가 100 m/min 을 초과한 경우에는, 이러한 종래의 장치가 급속히 악화되거나 또는 사용 불가능하게 되기 때문이다.

본 발명의 목적은, 500 또는 600 m/min 정도 또는 그 이상의 고속으로 이동하는 제품의 결함을 검출하는 것이다.

상기 목적을 위해, 본 발명의 대상은, 제조공정중의 강 스트립과 같은 이동하는 제품의 결함을 음파 검출하기 위한 장치로서, 이 장치는, 가요성이 있는 재료로 만들어져 있고 음파 연결 유체를 포함하고, 또한 검사하고자 하는 제품의 표면과 구름 접촉하도록 설계된 센서 휠내에 수용된 하나 이상의 안내파의 초음파 (램 파) 변환기를 구비하는 장치에 있어서, 상기 장치는, 한편으로는, 제품의 이동방향에 있어서 센서 휠의 상류에 위치되어 상기 제품의 표면과 접촉하는 러너(runner)를 갖고, 다른 한편으로는, 상기 이동하는 제품의 표면상에 소모성 연결 유체를 제어적으로 방출하는 방출부를 상기 러너의 상류에 갖는 것을 특징으로 한다.

유리하게는, 이러한 러너(runner)는, 검사대상 제품의 표면상에 지지될 수 있도록 하기 위해, 충분히 연마된 비변형 접촉면을 갖는다. 이러한 러너의 접촉면의 폭은 센서 휠의 폭 이상인 것이 바람직하다.

유리하게는, 러너는 롤러(roller)로 구성된다.

바람직한 실시예에서, 센서 휠 및 그 관련 러너는, 검사대상인 이동하는 제품의 표면상에 놓이도록 설계된 가동 운반대(movable carriage)상에 놓이는데, 이 운반대는 상기 제품의 폭방향에 있어서의 당해 운반대의 위치를 결정하는 지지 및 안내용 장치에 의해 안내된다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은, 센서를 포함한 센서 휠의 정면에 검사대상 스트립의 표면과 접촉하는 러너를 설치하여 이 러너의 정면에서 소정 유량의 연결 유체를 스트립상에 방출시킴으로써, 센서 휠이 스트립을 통과하기 전에 러너의 작용에 의해 유체의 자연스러운 펼쳐짐을 강제 및 조정할 수 있다고 하는 점에 그 근거를 두고 있다. 더욱이, 스트립상에 압력을 가하는 러너는, 표면 거칠기에 기인하는 미세하게 함침된 요철에 의해 표면의 습윤성을 향상시킨다. 결과적으로, 센서 휠이 통과하는 동안 초음파 에너지를 전달하는데 해로운 영향을 끼치는 스트립의 표면상의 공기영역 또는 공기의 미니-포켓을 형성하는 그 어떤 성향도 방지될 수 있다.

따라서, 센서 휠의 통과에 앞서, 본 발명에 따라 얻어지는 연결 유체의 표면 습윤특성은 고속 이동시에 있어서 신뢰할 만한 결함 검출을 보장하는 결정 인자임을 알 수 있을 것이다. 물론, 얻어지는 결과의 재현성은, 스트립의 표면에서의 유체막의 두께를 가급적 일정하게 유지하는 것뿐만 아니라, 연결 유체를 일정한 점성으로 그리고 일정한 온도로 유지하는 것에 달려 있다.

본 발명 및 본 발명의 또 다른 측면과 장점은, 첨부된 도면을 참조로 예시하여 설명하는 하기의 설명에 의해 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 검출장치의 개략 평면도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 장치의 개략 측면도를 나타낸다.

도면에서, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여한다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 수분 흡수에 의해 팽창되는 탄성중합체 타이어로 설계된 센서 휠 (1) 은 물 (3) 속에 담겨진 램 파 초음파 변환기 (2) 를 포함하는데, 상기 물은 변환기 (2) 와 센서 휠의 커버 (4) 사이의 초음파 연결을 보장하는 역할을 한다.

사용되는 변환기 (2) 는 압전형이 사용될 수 있다. 이러한 변환기는 검사대상 스트립 (11) 의 표면 (10) 의 평면에 관해 그 방사 헤드가 경사지도록 설치되고, 스트립내에서는 스트립의 가장자리를 향해 스트립의 횡방향으로 전파되는 램 파가 발생된다.

센서 휠 (1) 은 섀시 (6) 가 구비되어 있는 가동 운반대 (5) 상에 탑재되어 있고, 운반대가 검사대상 스트립 (11) 상을 이동할 때 그 운반대의 정확한 자세를 확보하기 위해, 상기 섀시 (6) 에는 세 개의 캐스터 (castor: 7, 8, 9) 가 삼각형의 위치로 설치되어 있다. 스트립은 화살표로 나타낸 방향으로 이동한다. 두 개의 캐스터 (7, 8) 는 섀시의 정면 단부에 위치되고, 제 3 의 캐스터 (9) 는 배면을 따라 중간에 위치된다.

도시된 바와 같이, 센서 휠 (1) 은 여기서는 섀시의 측면 (12) 상에서 섀시에 오프셋되도록 장착되어 있다. 이러한 측면 (12) 은, 변환기에 의해 방사되는 연속적인 초음파가 향하게 되는 스트립의 가장자리와는 반대쪽의 스트립의 가장자리에 가깝게 놓이도록 선택된다. 이러한 오프셋 구성에 의하면, 도 1 에서 처럼 운반대 (5) 가 스트립의 가장자리에 대해 가급적 가깝게 위치되는 한은, 센서 휠 (1) 의 두께를 제외한 그 안쪽의 스트립 (11) 의 전체 폭을 스캔할 수 있는 이점이 있는 특히 유리한 배치형태가 달성된다.

센서 휠 (1) 의 직경은, 캐스터의 직경보다 상당히 커서, 운반대가 스트립상에 지지되어 있지 않은 때에는, 센서 휠이 의도적으로 운반대의 바닥을 향해 캐스터의 범위를 넘어서 수 밀리미터만큼 연장할 수 있는 직경으로 되어 있다.

또한, 운반대의 설비는 탑재형의 저장기 (13) 를 구비하고 있으며, 이 저장기 (13) 는, 서보밸브 (servovalve, 14) 에 의해, 소모성 연결 유체〔강의 표면 (10) 을 잘 적시는 특성을 갖는 유체 (예를 들어, 미네랄 오일인 유체)〕를 방출관 (15) 에 공급한다. 방출관 (15) 은, 조절된 소정 유량의 연결 유체를, 강의 표면상의 센서 휠 (1) 의 통과 지점에 방출하도록 설계되어 있다.

센서 휠 (1) 이 통과하는 선상에는, 즉 스트립 (11) 의 이동방향에 있어서 센서 휠 (1) 보다도 상류측에는, 소모성 유체를 펼치기 위한 스프레더 러너 (spreader runner) 가 운반대 (5) 에 고정되어 설치되어 있다. 기술된 실시예에서, 상기 러너는 유리하게는 캐스터 (8) 그 자체로 구성되어 있다.

습윤성 유체가 강제적으로 펼쳐지는 영역과, 센서 휠 (1) 과 스트립간의 접촉 영역의 크기가 동일해지도록 하기 위해서, 러너 (8) 의 유효 폭은, 짓눌림으로 인한 변형을 고려하여, 센서 휠의 커버 (4) 의 폭 이상인 것이 바람직하다.

운반대 (5) 는, 도 2 에만 도시된 안내 설비 (16) 에 의해 스트립 (11) 의 폭방향에 있어서의 위치가 결정된다. 이러한 안내 설비는 두 개의 레일 (rail: 18, 18') 이 장착된 지지 아암 (17) 을 구비하고, 이 레일상에서는 브리지 (bridge: 19) 가 스트립 (11) 의 폭방향으로 병진운동한다. 이러한 브리지는 관절 형태의 아암 (20) 및 실린더 (21) 를 구비한 공압 서스펜션 (pneumatic suspension) 에 의해 가동 운반대 (5) 를 지지하고 있다. 실린더의 상단부는 브리지 (19) 에 고정된 “U”클램프 (22) 에 피벗되고, 그 타단부는 운반대의 상부에 위치된 U 링크 (clevis, 23) 에 결합되어 있다. U 링크에는 아암 (20) 의 단부도 결합되어 있다.

서스펜션 시스템은, 예컨대, 센서 휠 (1) 을 검사대상 스트립의 표면 (10) 과 영구 접촉시켜 안내함과 동시에, 스트립의 표면상에 가해지는 힘을 예컨대 수 킬로그램으로 제한하는 역할을 한다. 이러한 목적을 위해, 실린더에 반대 압력을 공급하여 운반대 (5) 의 중량의 일부를 보상하도록 할 수도 있다.

스트립 (11) 의 폭방향에서의 변환기 (2) 의 위치는, 운반대 (5) 를 두 단계로 이동시킴으로써, 즉 브리지 (19) 를 이동시킨 후에, 모터 (도시되지 않음) 에 의해 구동되고 또한 U 링크 (23) 와 운반대 (5) 사이를 기계적으로 연결하는 "스크류-너트" 쌍 (24) 에 의해 더욱 미세하게 조정함으로써, 조절될 수 있다.

변환기와 스트립 (11) 의 표면간의 거리는, 센서 휠의 탄성중합체 커버 (4) 가 어느 정도까지 짓눌러지느냐에 따라 다르나, 예컨대 5∼15 mm 사이가 될 수 있다. 커버의 짓눌림 정도는, 예컨대 센서 휠이 캐스터의 한계범위를 넘어서 하방으로 돌출하는 양을 일정하게 유지하도록 제 위치에 유지되는 쐐기를, 센서 휠 (1) 의 축과 운반대의 섀시 사이에 삽입함으로써 조정할 수 있다.

알려진 바와 같이, 램 파 변환기, 즉 변환기 (2) 의 각도 위치는, 검사대상 스트립의 표면의 수직선에 대한 2개의 입사각 (즉, 하나는 이동방향에 대하여 평행한 평면에 있고, 다른 하나는 이동방향에 대하여 수직한 평면에 있음) 에 의해 한정된다. 일반적으로, 이러한 각도는 각각 -20°∼ +20°사이 및 0 ∼ 45°사이로 설정된다. 해당 각도의 설정은, 센서 휠 (1) 의 외부로부터 운반대에 장착된 스테퍼 모터 (stepper motor, 25) 에 의해 구동되는 표준 스크류-너트 시스템에 의해 행할 수 있다.

이동하는 스트립 (11) 의 운동형태 (파동형태, 롤링형태 등) 와는 무관하게 상기 각도를 가급적 일정하게 유지하기 위해서, 운반대 (5) 는, 두 개의 수직 축선을 따라 실린더 (21) 의 로드에 대한 U링크 (23) 까지의 부착지점에서, 유니버셜 조인트 방식으로 피벗되어 있다.

전술한 바와 같이, 도면에 도시된 실시예에서, 센서 휠 (1) 은 운반대 (5) 의 섀시를 형성하는 프레임의 일 측부상에 오프셋되어 위치하고 있다.

이러한 배열에는 두 가지 장점이 있다. 우선, 이러한 배열로 인해, 센서 휠을 스트립의 맨 끝 가장자리에 위치시킬 수 있어서, 변환기에 의해 방사되는 연속적 램 파에 의해 스트립 (11) 의 거의 전체의 폭을 스캔할 수 있다. 또한, 본 발명의 근본적 특징에 따라, 하나의 캐스터 (도시예에서는 캐스터 (8)) 를 센서 휠 (1) 의 상류에 존재하는 스프레더 러너로서 작용시킬 수 있다.

스트립 (11) 과 접촉하는 러너의 표면을 강성이 있고 충분히 연마된 비변형의 표면으로 하면, 방출 수단 (15) 에 의해 방출된 습윤성 연결 유체의 펼침 효과 및 러너 (8) 아래로 통과된 후에 펼쳐진 유체 막의 두께 균일성이 향상된다. 이러한 조건에서는, 러너에 의해 연결 유체를 스트립의 미소한 요철에 침투시키는 데에는, 새롭게 역청화 된 도로상의 압착기 롤러처럼, 1kg 정도의 적절한 지지력이면 충분하다.

러너 (8) 의 통과에 의한 배제 효과 (expulsion effect) 때문에, 연결 유체의 외피(skin) 아래의 표면 (10) 에 공기가 갇혀 남겨지는 공기 마이크로포켓 (air micropocket) 이 방지된다. 그 결과, 센서 휠과 스트립과의 계면에서 연결 유체에 의한 표면의 습윤성이 최적의 상태로 되고, 이것이, 고속으로 이동하는 제품상에서 본 발명의 장치를 사용할 수 있게 되는 이유이다. 따라서, 본 발명은, 이 지점에서의 제품의 이동속도가 보통 400 ∼ 600 m/min 사이에 있더라도, 제조중에 있는, 예를 들어 재압연 (rerolling) 전의 산세 라인 (pickling line)에서 생산되어 나오는 강 스트립에 특별한 어려움이 없이 적용될 수 있다.

전술한 단일의 변환기 장치는 120cm 폭의 스트립의 60 - 70％ 를 검사할 수 있는데, 단부 영역은 발산 에코 (약 25cm) 와 가장자리 에코 (5 내지 10cm) 때문에 어떤 경우든 사용이 불가능하다. 이러한 비율은, 두 개의 센서 휠을 상이한 가장자리에 전후로 위치시키고, 따라서 대향 방향으로 스트립을 스캔하는 파를 연속적으로 방사함으로써, 더욱 증가될 수 있다.

본 발명은, 상기 실시예의 장치에만 제한되는 것은 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 주어진 발명의 범위내에서 다양한 변형예와 상당예로 실시될 수 있다.

특히, 스프레더 러너 (8) 는 롤러인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 연결 유체를 펼치기 위한 것으로는, 단순한 브러쉬 (brush), 또는 스트립의 표면에서 훑개 (doctor) 형태로 작용하는 편평한 마찰 러너도 적당하다.

마찬가지로, 스트립상에 방출되는 음파 연결 유체의 점성을 일정하게 하면, 검출 결과의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이를 위해서는, 충분한 용량의 저장기 (13) 에 의해 연결 유체의 조성을 일정하게 유지하고, 필요하다면, 저장기 (13) 내에 가열 조절 수단을 제공하여 연결 유체의 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 이동하는 스트립, 플레이트 또는 다른 편평한 제품뿐만 아니라, 검사하고자 하는 부분이 평면으로 되어 있는 한, 그 형상에 관계없이 어떠한 제품에도 적용할 수 있다.

마찬가지로, 강 재료에서의 램 파의 낮은 댐핑으로 인해 본 발명은 강 제품용으로 가장 적합하도록 되어 있지만, 본 발명은, 검출 결함이 파에 의해 횡단된 재료내에서 센서에 의해 검출가능한 에코를 발생하는데 충분한 크기의 음파 불연속성을 나타내는 한, 예컨대 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 재료 또는 비금속 재료에도 별다른 어려움 없이 적용될 수 있다.

더욱이, 본 발명은, 램 파의 사용에만 제한되는 것은 아니고, 상대 운동을 하는 제품의 검사에 사용되는 또 다른 형태의 안내파인 초음파 변환기의 사용에도 적합하다.

Claims (10)

1. 이동하는 제품, 즉 제조중의 이동하는 강 스트립 (11) 의 결함을 음파 검출하기 위한 장치로서, 이 장치는, 가요성 재료로 제조되어 음파 연결 유체를 담고 있는 센서 휠 (1)을 갖고, 이 센서 휠 (1) 의 내부에는 하나 이상의 안내파의 초음파 변환기 (2) 가 수용되어 있고, 또한 이 센서 휠 (1) 은 검사하고자 하는 제품의 표면과 구름 접촉하도록 설계된 장치에 있어서, 상기 장치는,

   상기 제품의 이동방향에 있어서 상기 센서 휠 (1) 의 상류측에 설치되어, 검사하고자 하는 제품 (11) 의 표면 (10) 과 접촉하는 러너 (8); 및

   이 러너의 상류측에 설치되어, 상기 이동하는 제품의 표면을 습윤하는 특성을 갖는 소모성 연결 유체를 상기 이동하는 제품의 표면 (10) 상에 제어적으로 방출하는 방출수단 (15); 을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 러너 (8) 는, 상기 검사하고자 하는 제품 (11) 의 표면 (10) 상에 지지될 수 있도록 하기 위해, 충분히 연마된 비변형의 접촉면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 러너의 폭은, 상기 검사하고자 하는 제품 (11) 과 접촉하는 상기 센서 휠 (1) 의 커버 (4) 의 폭 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 러너 (8) 는 롤러로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 휠 (1), 그 관련 러너 (8), 및 습윤성 연결 유체의 방출수단 (15) 은, 검사하고자 하는 상기 이동하는 제품 (11) 의 표면 (10) 상을 활주하도록 설계된 가동 운반대 (5) 상에 장착되어 있고, 상기 장치는, 상기 제품의 폭방향에 있어서의 상기 운반대의 위치를 결정하는 상기 운반대의 지지 및 안내용 장치 (17, 18, 19, 20, 21)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 가동 운반대 (5) 는 캐스터 (7, 8, 9) 상에 장착되고, 이들 캐스터 중의 하나는 러너 (8) 로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 센서 휠 (1) 은, 상기 운반대 (5) 상에 오프셋 위치로 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 운반대 (5) 는, 상기 방출수단 (15) 에 연결되고 소모성 습윤성 연결 유체를 수용하도록 설계된 탑재형 저장기 (13) 를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 5 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 검사하고자 하는 제품 (11) 의 표면 (10) 상의 러너 (8) 의 정면에 방출되는 습윤성 연결 유체의 유동을 조절하기 위해, 상기 방출수단 (15) 에 서보밸브 (14) 를 연결하여 설치한 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 운반대 (5) 의 지지 및 안내용 장치는, 상기 검사하고자 하는 제품 (11) 의 표면 (10) 상에서의 상기 운반대의 위치를 미세 조정하는 수단 (24) 을 구비한 것을 특징으로 하는 장치.