KR100951234B1

KR100951234B1 - An apparatus and method for measuring the recrystallization rate

Info

Publication number: KR100951234B1
Application number: KR1020030024644A
Authority: KR
Inventors: 홍순택; 주웅용; 이재경; 임충수; 나가타야수아키; 야마다히로히사; 하마다나오야
Original assignee: 주식회사 포스코; 니뽄스틸코포레이션
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2010-04-05
Also published as: KR20040090664A

Abstract

본 발명은, 예를 들어 강재의 재결정율을 비접촉 온라인으로 측정하는 재결정율 측정장치 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the recrystallization rate measuring apparatus and method which measure, for example, the recrystallization rate of steel materials non-contact online.

본 발명에서는, 레이저 초음파법을 이용하여 측정 대상물의 내부에 그 표면에 대해 비스듬하게 진행하는 횡파 초음파를 발생시켜, 압연방향으로 편파된 제1 횡파 초음파 및 폭방향으로 편파된 제2 횡파 초음파의 각각에 대해, 해당 횡파 초음파가 상기 측정 대상물의 내부를 전파한 전파 시간을 구하고, 상기 전파 시간에 근거해서 해당 횡파 초음파의 음속을 산출한다. 이어 제1 횡파 초음파의 음속과 제2 횡파 초음파의 음속을 이용해서 측정 대상물에 대한 음속 파라미터를 구하고 그 구해진 음속 파라미터를 기초로 미리 기억된 상기 측정 대상물과 같은 강종에 대한 재결정율과 음속 파라미터와의 관계를 이용하여 상기 측정 대상물의 재결정율을 얻는다.According to the present invention, by using a laser ultrasonic method, a shear wave ultrasonic wave propagating obliquely with respect to the surface of the object to be generated is generated, and each of the first shear wave ultrasonic wave polarized in the rolling direction and the second shear wave ultrasonic wave polarized in the width direction, respectively. , The propagation time when the shear wave ultrasonic wave propagated inside the measurement object is calculated, and the sound velocity of the shear wave ultrasonic wave is calculated based on the propagation time. Then, the sound velocity parameter of the measurement object is obtained by using the sound velocity of the first shear wave ultrasonic wave and the sound velocity of the second shear wave ultrasonic wave, and based on the obtained sound velocity parameter, The relationship is used to obtain the recrystallization rate of the measurement object.

본 발명에 의하면, 비접촉방식의 열간 온라인으로 측정 대상물의 재결정율을 구할 수 있다.According to this invention, the recrystallization rate of a measurement object can be calculated | required by non-contact hot online.

재결정율, 레이저, 초음파, 음속 파라미터, 비접촉Recrystallization Rate, Laser, Ultrasound, Sound Velocity Parameters, Non-Contact

Description

Recrystallization rate measuring apparatus and method {AN APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING THE RECRYSTALLIZATION RATE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정장치의 개략 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 측정장치에서의 헤드부의 개략 구성도이다. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a head part in the measuring device of FIG. 1.

도 3은 임의의 강종에 대한 재결정율과 음속 파라미터와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing an example of the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter for any steel grade.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정장치에서의 파브리·페로 간섭계의 공진 곡선의 일례를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing an example of a resonance curve of a Fabry-Perot interferometer in the recrystallization measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정장치의 변형예에 대한 개략 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram of a modification of the recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정과정을 보이는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a recrystallization rate measurement process according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

2 : 측정 대상물 10 : 초음파 발생용 레이저2: measuring object 10: laser for ultrasonic generation

20 : 초음파 검출용 레이저 30 : 헤드부20: laser for ultrasonic detection 30: head portion

31, 31a : 초음파 발생부 35 : 실린드리칼 렌즈31, 31a: ultrasonic generator 35: cylindrical lens

41, 41a : 빔 취득부 45a, 45b : 집광렌즈 41, 41a: beam acquisition unit 45a, 45b: condenser lens

46 : 하프 미러 50 : 간섭계46: half mirror 50: interferometer

60 : 광 검출기 70 : 컴퓨터60: light detector 70: computer

91a, 91b, 91c : 광 파이버 92 : 집광렌즈91a, 91b, 91c: Optical fiber 92: Condensing lens

100 : 회전 스테이지100: rotation stage

본 발명은 재결정율 측정장치 및 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 예를 들어 강재의 재결정율을 비접촉, 온라인으로 측정하는 재결정율 측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recrystallization rate measuring apparatus and method, and more particularly, to a recrystallization rate measuring apparatus and method for measuring the recrystallization rate of steel, such as non-contact, online.

열간의 강재 제조과정에서는 강재에 대해 압연 등 다양한 처리가 실시된다. 일반적으로 강재의 결정 조직을 미세화함으로써 고강도·고인성을 갖는 강재를 얻을 수 있다. 예를 들어, 강재의 재결정율이 낮을수록 결정 내부에 격자 결함이 많이 존재하게 되고, 그곳을 기점으로 하여 핵이 성장하므로 결정 조직이 미세화되기 쉽다. 이와 같이, 재결정율은 강재의 결정조직 상태를 알기 위한 중요한 정보이다.In the hot steel manufacturing process, various processes, such as rolling, are performed with respect to steel materials. In general, steel materials having high strength and toughness can be obtained by miniaturizing the crystal structure of steel materials. For example, the lower the recrystallization rate of the steel, the more lattice defects are present inside the crystal, and since the nucleus grows from there, the crystal structure tends to become finer. As such, the recrystallization rate is important information for knowing the crystal structure state of the steel.

또한, 재결정율은 해당 강재에 대해 횡파 음속의 이방성을 나타내는 음속 파라미터와 상관관계를 가지고 있다는 것이 알려져 있다. 이러한 상관관계는, [문헌] - NDTE International, Vol.33, 2000, p.253-259, "Ultrasonic velocity measurements for characterizing the annealing behaviour of cold worked austenitic stainless steel"에 개시되고 있다. 따라서, 이 음속 파라미터를 구하 면 해당 강재의 재결정율을 알 수 있다.It is also known that the recrystallization rate is correlated with the sound velocity parameter representing the anisotropy of the transverse sound velocity for the steel. This correlation is disclosed in NDTE International, Vol. 33, 2000, p. 253-259, "Ultrasonic velocity measurements for characterizing the annealing behavior of cold worked austenitic stainless steel". Therefore, the sound velocity parameter can be used to find the recrystallization rate of the steel.

그러나, 종래에는 열간의 강재 제조 과정에 있어서 재결정율을 온라인으로 측정하는 것은 실행되지 않았다. 상기 각 문헌에서는 접촉형 횡파 프로우브를 사용해서 횡파 음속을 측정하고 있으며, 당연히 이 방법은 열간 온라인의 측정에 이용될 수는 없다. 만약 열간 온라인으로 재결정율에 대한 정보를 얻을 수 있다면, 예를 들어 그 정보를 다음 공정의 압연 조건에 피드 포워드(feed forward)함으로써 조직 미세의 강재를 효율적이고 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 또한 정밀도가 높은 강재의 제조 기술에 의해 재질 편차의 저감에도 공헌할 수 있다.However, in the past, online recrystallization rate was not performed in the hot steel manufacturing process. In each of the above documents, the shear wave sound velocity is measured using a contact shear wave probe, and of course, this method cannot be used for the measurement of hot online. If information on recrystallization rates can be obtained on-line online, for example, the information can be fed forward to the rolling conditions of the next process, thereby making it possible to efficiently and reliably manufacture the steel of fine structured steel, It is possible to contribute to the reduction of material variation by the manufacturing technology of high steel materials.

본 발명은 상기 사정에 근거해서 이루어진 것으로서, 측정 대상물의 내부에 압연방향으로 편파된 제1 횡파 초음파 및 폭방향으로 편파된 제2 횡파 초음파의 각각을 발생시키고, 해당 횡파 초음파의 음속을 산출하여 상기 측정 대상물에 대한 음속 파라미터를 구하고 그 구해진 음속 파라미터를 기초로 미리 기억된 상기 측정 대상물과 같은 강종에 대한 재결정율과 음속 파라미터와의 관계를 이용하여 상기 측정 대상물의 재결정율을 산출함으로써, 열간 온라인으로 측정 대상물의 재결정율을 측정할 수 있는 비접촉식의 재결정율 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and generates each of the first shear wave ultrasonic waves polarized in the rolling direction and the second shear wave ultrasonic waves polarized in the width direction inside the measurement object, and calculates the sound velocity of the shear wave ultrasonic waves. By obtaining the sound velocity parameter for the measurement object and calculating the recrystallization rate of the measurement object using the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter for the same steel as the measurement object previously stored based on the obtained sound velocity parameter, It is an object of the present invention to provide a non-contact recrystallization rate measuring apparatus and method capable of measuring the recrystallization rate of a measurement object.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 재결정율 측정장치는, 측정 대상물에 대한 재결정율 측정장치에 있어서, Recrystallization rate measuring apparatus according to the present invention for achieving the above object, in the recrystallization rate measuring device for the measurement object,

각 강종에 대해 재결정율과 횡파 음속의 이방성을 나타내는 음속 파라미터와의 상관관계를 나타내는 데이터를 기억하는 기억수단; 제1 레이저 빔을 상기 측정 대상물의 표면에 조사함으로써 상기 측정 대상물의 내부에 횡파 초음파를 발생시키는 초음파 발생수단; 상기 측정 대상물의 내부에 발생된 상기 측정 대상물의 길이 방향으로 편파된 제1 횡파 초음파 및 상기 측정 대상물의 폭 방향으로 편파된 제2 횡파 초음파의 각각에 대해, 해당 횡파 초음파가 도달하는 상기 측정 대상물의 특정 위치에 제2 레이저 빔을 유도하고 상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제2 레이저 빔을 취득하는 빔 취득수단; 상기 빔 취득수단으로 취득된 상기 제2 레이저 빔에 근거하여 해당 횡파 초음파의 진동으로 인해 발생되는 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 검출하는 주파수변화 검출수단; 상기 주파수변화 검출수단으로 검출된 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터를 이용하여 상기 제1 횡파 초음파 및 상기 제2 횡파 초음파의 음속을 산출하고, 상기 제1 횡파 및 상기 제2 횡파 초음파의 음속을 이용하여 상기 측정 대상물에 대한 음속 파라미터를 산출하는 음속 파라미터 산출수단; 및 상기 산출된 음속 파라미터를 이용하여 상기 기억수단에 기억된 상기 측정 대상물과 같은 강종에 대한 상기 데이터에 근거해서 상기 측정대상물의 재결정율을 구하는 연산수단을 포함한다.
Storage means for storing data representing a correlation between a recrystallization rate and a sound velocity parameter representing anisotropy of the transverse sound velocity for each steel grade; Ultrasonic wave generating means for generating shear wave ultrasonic waves inside the measurement object by irradiating a surface of the measurement object with a first laser beam; For each of the first shear wave ultrasonic wave polarized in the longitudinal direction of the measurement object and the second shear wave ultrasonic wave polarized in the width direction of the measurement object generated inside the measurement object, the shear wave ultrasonic wave reaches the measured object. Beam acquiring means for inducing a second laser beam at a specific position and acquiring the second laser beam reflected from the measurement object; Frequency change detection means for detecting a frequency change of the second laser beam generated due to vibration of the shear wave ultrasonic wave based on the second laser beam acquired by the beam acquisition means; The sound velocity of the first shear wave ultrasonic wave and the second shear wave ultrasonic wave is calculated using waveform data indicating a frequency change of the second laser beam detected by the frequency change detection means, and the first shear wave and the second shear wave ultrasonic wave Sound speed parameter calculating means for calculating a sound speed parameter for the measurement object using a sound speed of? And calculating means for determining a recrystallization rate of the measurement object based on the data for the same steel grade as the measurement object stored in the storage means using the calculated sound velocity parameter.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 재결정율 측정방법은, 측정 대상물에 대한 재결정율 측정방법에 있어서,In addition, the recrystallization rate measurement method of the present invention for achieving the above object, in the recrystallization rate measurement method for the measurement object,

각 강종에 대해 재결정율과 횡파 음속의 이방성을 나타내는 음속 파라미터와 의 관계를 각각 나타내는 데이터를 구하는 제1단계; 제1 레이저 빔을 상기 측정 대상물의 표면에 조사하여 상기 측정 대상물의 내부에 횡파 초음파를 발생시키는 제2단계; 상기 측정 대상물의 내부에 발생한 상기 측정 대상물의 길이방향으로 편파된 제1 횡파 초음파 및 상기 측정 대상물의 폭방향으로 편파된 제2 횡파 초음파의 각각에 대해, 해당 횡파 초음파가 도달하는 상기 측정 대상물의 특정 위치에 제2 레이저 빔을 유도하고, 상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제 2레이저 빔을 취득하는 제3단계; 상기 제3단계에서 취득된 상기 제2 레이저 빔을 기초로, 해당 횡파 초음파의 진동에 기인하여 발생되는 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 검출하는 제4단계; 상기 제4단계에서 검출된 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터를 기초로 해당 횡파 초음파가 상기 측정 대상물의 내부를 전파한 전파 시간을 구하고, 상기 구해진 전파 시간을 기초로 해당 횡파 초음파의 음속을 산출하고, 상기 산출된 상기 제1 횡파 초음파의 음속 및 상기 제2 횡파 초음파의 음속을 이용하여 상기 측정 대상물에 대한 횡파 음속의 이방성을 나타내는 음속 파라미터를 구하는 제5단계; 및 상기 제1단계에서 구한 상기 측정 대상물과 동일한 강종에 대한 상기 제1 데이터에 근거하여 상기 제5단계에서 구해진 음속 파라미터를 사용해서 상기 측정 대상물의 재결정율을 구하는 제6단계를 포함한다.
A first step of obtaining data indicative of a relationship between a recrystallization rate and a sound velocity parameter representing anisotropy of the transverse sound velocity for each steel grade; Irradiating a surface of the measurement object with a first laser beam to generate shear wave ultrasound inside the measurement object; For each of the first shear wave ultrasonically polarized in the longitudinal direction of the measurement object and the second shear wave ultrasonically polarized in the width direction of the measurement object generated inside the measurement object, the measurement of the measurement object that the shear wave ultrasound reaches Inducing a second laser beam at a position and acquiring the second laser beam reflected from the measurement object; A fourth step of detecting a change in frequency of the second laser beam generated due to vibration of the transverse wave ultrasound based on the second laser beam acquired in the third step; The propagation time at which the transverse wave ultrasound propagates the inside of the measurement object is calculated based on the waveform data indicating the frequency change of the second laser beam detected in the fourth step, and based on the obtained propagation time, Calculating a sound velocity and obtaining a sound velocity parameter representing anisotropy of the shear wave sound velocity with respect to the measurement object by using the calculated sound velocity of the first shear wave ultrasonic wave and the sound velocity of the second shear wave ultrasonic wave; And a sixth step of obtaining a recrystallization rate of the measurement object using the sound velocity parameter obtained in the fifth step based on the first data for the same steel grade as the measurement object obtained in the first step.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정장치의 개략 구성도이고, 도 2는 도 1의 측정장치에서의 헤드부의 개략 구성도이다. 또한, 도 3은 어떤 강종에 대한 재결정율과 음속 파라미터와의 상관관계의 일례를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic configuration diagram of a recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic configuration diagram of a head portion in the measuring apparatus of FIG. 3 is a graph which shows an example of the correlation between the recrystallization rate and the sound velocity parameter for a certain steel grade.

본 발명의 일 실시형태에 따른 재결정율 측정장치는 측정 대상물의 재결정율을 비접촉으로 측정하는 것이다. 여기서 측정 대상물로서는 예를 들어, 제철소에 있어서 열간 프로세스에 의해 제조되는 판자 모양의 강재(후판)를 상정하고 있다. 이들 후판의 표면 온도는 일반적으로 700℃ 정도이다. 또한, 후판의 두께는 10mm ~ 100mm 정도이다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서는 측정 대상물의 결정립 형상비가 거의 같은 경우를 생각한다. 예를 들어, 결정립 형상비가 0인 측정 대상물을 이용하기로 한다. 여기서, 결정립 형상비란 강재의 폭방향에 있어서의 결정립 크기에 대한 강재의 길이 방향(압연 방향)에서의 결정립 크기의 비율을 말한다.The recrystallization rate measuring device according to one embodiment of the present invention measures the recrystallization rate of a measurement object in a non-contact manner. Here, as a measurement object, the board-shaped steel material (thick plate) manufactured by the hot process in a steel mill is assumed, for example. The surface temperature of these thick plates is about 700 degreeC generally. In addition, the thickness of a thick plate is about 10 mm-100 mm. However, in one Embodiment of this invention, the case where the crystal grain shape ratio of a measurement object is about the same is considered. For example, a measurement object having a grain shape ratio of zero is used. Here, a grain shape ratio means the ratio of the grain size in the longitudinal direction (rolling direction) of steel with respect to the grain size in the width direction of steel materials.

각종 강재에 있어서는, 재결정율과 해당 강재의 내부를 전파하는 횡파 초음파의 음속으로부터 얻을 수 있는 소정 음속 파라미터α와의 사이에는 밀접한 관계가 있다. 도 3은 어떤 강종에 대한 재결정율과 음속 파라미터와의 상관관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, 가로 축은 강재의 재결정율이고, 세로 축은 음속 파라미터α이다. 재결정율이란 큰 왜곡이 있는 결정립계에 새로운 결정의 핵이 발생하여 점차 성장되면서 원래의 결정립이 이 새로운 결정립(재결정립)으로 치환되는 현상을 말한다. 그리고 재결정율이란 어떤 영역에 있어서 재결정율이 차지하는 비율을 말한다. 또한, 음속 파라미터α는 해당 강재 내부를 전파하는 횡파 초음파의 음속의 이방성을 나타내는 것이며, (V_S1 - V_S2) / {(V_S1 + V_S2)/2} 로 정의 된다. 여기서 V_S1은 강재의 길이 방향(압연 방향)으로 편파된 제1 횡파 초음파(압연 방향 편파 횡파)의 음속이며, V_S2는 강재의 폭방향으로 편파된 제2 횡파 초음파(폭 방향 편파 횡파)의 음속이다. 도 3을 참조하면, 강재의 재결정율이 작을 수록 음속 파라미터 α의 절대치는 커지며, 따라서 횡파 음속의 이방성이 크다는 것을 알 수 있다. 또한 강재의 재결정율이 클 수록 음속 파라미터 α의 절대치가 작아지며, 따라서 횡파 음속의 이방성이 작다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 강재를 압연한 직후에는 재결정립은 아직 발생하지 않으므로 재결정율을 0%이다. 그리고, 이 압연 직후의 강재는 그 결정방위가 정렬되고 있으며 횡파 음속의 이방성이 크다. 도 3의 그래프를 참조하면, 가장 왼쪽 아래에 있는 점이 압연 직후의 상태와 대응한다. 또한 재결정립은 결정방위가 랜덤하게 성장하므로 재결정율이 100%와 가까와질 수록 횡파 음속의 이방성은 작아진다. 도 3에서 가장 오른쪽 위에 위치한 점이 재결정이 진행된 상태와 대응하고 있다.In various steel materials, there is a close relationship between the recrystallization rate and the predetermined sound speed parameter α that can be obtained from the sound speed of the shear wave ultrasonic waves propagating inside the steel material. 3 is a graph showing an example of the correlation between recrystallization rate and sound velocity parameter for a certain steel grade. In Fig. 3, the horizontal axis is the recrystallization rate of steel, and the vertical axis is the sound velocity parameter α. The recrystallization rate refers to a phenomenon in which a new crystal nucleus is generated and gradually grown at a grain boundary with large distortion, and the original grain is replaced with the new grain (recrystallized grain). And recrystallization rate means the ratio which recrystallization rate occupies in a certain area. In addition, the sound velocity parameter α represents the anisotropy of the sound velocity of the shear wave ultrasonic waves propagating inside the steel, and is defined as (V _S1 -V _S2 ) / {(V _S1 + V _S2 ) / 2}. Where V _S1 is the sound velocity of the first transverse wave ultrasonic wave (rolling direction polarization transverse wave) polarized in the longitudinal direction (rolling direction) of the steel, and V _S2 is the second transverse wave polarization polarization wave (lateral wave polarization wave) polarized in the width direction of the steel It is the speed of sound. Referring to FIG. 3, it can be seen that the smaller the recrystallization rate of the steel is, the larger the absolute value of the sound speed parameter α is, and therefore, the greater the anisotropy of the shear wave sound speed. Also, it can be seen that the larger the recrystallization rate of the steel, the smaller the absolute value of the sound velocity parameter α, and thus the smaller the anisotropy of the transverse sound velocity. For example, immediately after rolling the steel, recrystallization does not occur yet, so the recrystallization rate is 0%. In the steel immediately after this rolling, the crystal orientation is aligned, and the anisotropy of the shear wave sound velocity is large. Referring to the graph of FIG. 3, the point at the bottom left corresponds to the state immediately after rolling. In addition, the recrystallized grain grows randomly, so the closer the recrystallization rate is to 100%, the smaller the anisotropy of the transverse sound velocity. The uppermost point in FIG. 3 corresponds to a state in which recrystallization has proceeded.

본 발명의 일 실시형태에 따른 재결정율 측정장치에서는, 강재 내부를 전파하는 횡파의 음속 V_S1, V_S2를 구한 후, 도 3에서 나타난 바와 같은 재결정율과 음속 파라미터 α와의 관계를 이용해서 강재의 재결정율을 구한다. 이때, 바람직하게는 강재에 있어서의 횡파의 음속은 레이저 초음파법을 이용해서 산출한다. In the recrystallization rate measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, after calculating the sound speeds V _S1 and V _S2 of the transverse waves propagating inside the steel material, the steel material is determined using the relationship between the recrystallization rate and sound speed parameter α as shown in FIG. 3. Find the recrystallization rate. At this time, Preferably the sound velocity of the horizontal wave in steel materials is calculated using the laser ultrasonic method.

본 발명의 일 실시형태에 따른 재결정율 측정장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 초음파 발생용 레이저(10)와, 초음파 검출용 레이저(20)와, 헤드부(30)와, 간섭계(주파수변화 검출수단)(50)와, 광 검출기(60) 및 컴퓨터(연산수단)(70)를 포함한 다. 또한, 본 발명에 따른 재결정율 측정장치에는 광학 부품으로서 광 파이버(91a, 91b, 91c), 집광렌즈(92) 등이 설치되어 있다.Recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, the ultrasonic wave generation laser 10, the ultrasonic wave detection laser 20, the head portion 30, the interferometer (frequency change) Detection means) 50, a light detector 60 and a computer (computing means) 70. In the recrystallization measuring apparatus according to the present invention, optical fibers 91a, 91b, 91c, a condenser lens 92, and the like are provided as optical components.

상기 초음파 발생용 레이저(10)는, 측정 대상물(2)의 표면에서 초음파를 여기시키기 위한 레이저이다. 이러한 초음파 발생용 레이저(10)로서는, 예를 들어 야그(YAG) 레이저나 이산화탄소(CO₂) 레이저 등 고에너지 펄스 레이저를 사용한다. 초음파 발생용 레이저(10)에서 발사된 레이저 빔은 광 파이버(91a)를 통과하여 헤드부(30)로 유도된다.The said ultrasonic wave generation laser 10 is a laser for exciting an ultrasonic wave in the surface of the measurement object 2. As shown in FIG. As the laser 10 for this ultrasonic generator, for example, YAG (YAG) uses high-energy pulsed laser, such as laser or carbon dioxide (CO ₂₎ laser. The laser beam emitted from the ultrasonic wave generation laser 10 is guided to the head portion 30 through the optical fiber 91a.

상기 초음파 검출용 레이저(20)는, 상기 초음파 발생용 레이저(10)로부터의 레이저 빔의 조사에 의해 상기 측정 대상물(2)의 표면에서 발생하여 상기 측정 대상물(2) 내를 전파해 온 초음파를 검출하기 위한 레이저이다. 상기 초음파 검출용 레이저(20)로서는 단일 주파수의 레이저 빔을 발사하는 것을 이용한다. 상기 초음파 검출용 레이저(20)로부터 발사된 레이저 빔은 광 파이버(91b)를 통과하여 헤드부(30)로 유도된다.The ultrasonic detection laser 20 generates ultrasonic waves generated on the surface of the measurement target object 2 by irradiation of a laser beam from the ultrasonic wave generation laser 10 and propagated in the measurement target object 2. Laser for detection. As the ultrasonic detection laser 20, a laser beam of a single frequency is used. The laser beam emitted from the ultrasonic detection laser 20 passes through the optical fiber 91b and is led to the head part 30.

상기 헤드부(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이 초음파 발생부(31)와 빔 취득부(41)를 갖는다. 초음파 발생부(31)는 상기 측정 대상물(2)의 내부에 상기 측정 대상물(2)의 압연 방향으로 편파된 제1 횡파 초음파(압연 방향 편파 횡파)를 발생시킴과 동시에 상기 측정 대상물(2)의 내부에 상기 측정 대상물(2)의 폭방향으로 편파된 제2 횡파 초음파(폭방향 편파 횡파)를 발생시킨다. 이 초음파 발생부(31)는 실린드리칼 렌즈(35)와 실린드리칼 렌즈(35)의 회전기구(도시하지 않음)를 갖는다. 광 파이버(91a)에 의해 초음파 발생부(31)로 유도된 레이저 빔은 실린드리칼 렌즈(35)에 입사된다. 실린드리칼 렌즈(35)는 초음파 발생용 레이저(10)로부터의 레이저 빔을 라인 모양으로 집광시켜, 라인 포커스 빔(제1 레이저 빔) L1로서 측정 대상물(2)의 표면에 조사하게 된다.The head part 30 has the ultrasonic wave generation part 31 and the beam acquisition part 41 as shown in FIG. The ultrasonic wave generator 31 generates the first shear wave ultrasonic wave (rolling direction polarization shear wave) polarized in the rolling direction of the measurement object 2 inside the measurement object 2 and at the same time. A second shear wave ultrasonic wave (width polarization shear wave) polarized in the width direction of the measurement object 2 is generated inside. This ultrasonic wave generator 31 has a cylindrical lens 35 and a rotation mechanism (not shown) of the cylindrical lens 35. The laser beam guided to the ultrasonic wave generator 31 by the optical fiber 91a is incident on the cylindrical lens 35. The cylindrical lens 35 condenses the laser beam from the ultrasonic wave generation laser 10 in a line shape, and irradiates the surface of the measurement object 2 as a line focus beam (first laser beam) L1.

본 실시 형태에서는, 예를 들어 광 파이버(91a)의 출사단에 있어서 초음파 발생용 레이저(10)로부터의 레이저 빔의 직경은 약 5mm이다. 상기 레이저 빔은 진행함에 따라서 그 직경이 퍼져 간다. 상기 실린드리칼 렌즈(35)의 입사면에 있어서 레이저 빔의 직경이 약 10mm가 되도록 광 파이버(91a)의 출사단과 실린드리칼 렌즈(35)와의 거리를 조정하고 있다. 또한, 상기 측정 대상물(2)의 표면에 있어서 길이 10mm, 폭 0.3mm~0.5mm의 라인 포커스 빔 L1이 조사되도록, 상기 실린드리칼 렌즈(35)의 특성 및 상기 실린드리칼 렌즈(35)와 상기 측정 대상물(2)과의 거리 등을 설계하고 있다.In this embodiment, the diameter of the laser beam from the ultrasonic wave generation laser 10 at the exit end of the optical fiber 91a is, for example, about 5 mm. As the laser beam travels, its diameter spreads. The distance between the exit end of the optical fiber 91a and the cylindrical lens 35 is adjusted so that the diameter of the laser beam is about 10 mm at the incident surface of the cylindrical lens 35. In addition, the characteristics of the cylindrical lens 35 and the cylindrical lens 35 so as to irradiate the line focus beam L1 having a length of 10 mm and a width of 0.3 mm to 0.5 mm on the surface of the measurement object 2. The distance with the said measurement object 2, etc. are designed.

또한, 상기 실린드리칼 렌즈(35)의 회전기구에 의해 실린드리칼 렌즈(35)의 길이 방향의 축은 상기 측정 대상물(2)의 표면과 평행을 이룬 평면내에 있어서 임의의 방향을 향할 수가 있다. 이 회전기구는 예를 들어 컴퓨터(70)에 의해 제어된다.In addition, the axis of the longitudinal direction of the cylindrical lens 35 by the rotation mechanism of the cylindrical lens 35 can be directed in any direction in a plane parallel to the surface of the measurement object 2. This rotating mechanism is controlled by the computer 70, for example.

라인 포커스 빔 L1을 상기 측정 대상물(2)의 표면에 조사하면, 상기 측정 대상물(2)의 표면에 대해서 소정의 각도 φ로 비스듬하게 진행하는 초음파를 발생시킬 수가 있다. 이 때, 횡파 초음파와 종파 초음파가 동시에 발생되고 횡파 초음파와 종파 초음파와는 그 진행 방향 각도 φ가 서로 다르다. 본 실시 형태에서는 주 로 초음파 중 횡파만을 생각하기로 한다. 도 3에 도시된 재결정율과 음속 파라미터α와의 관계로부터 재결정율을 구하려면 횡파에 대한 음속 정보만을 얻으면 충분하기 때문이다.When the line focus beam L1 is irradiated to the surface of the measurement object 2, it is possible to generate an ultrasonic wave which obliquely proceeds at a predetermined angle φ to the surface of the measurement object 2. At this time, the shear wave ultrasonic wave and the longitudinal wave ultrasonic wave are simultaneously generated, and the traveling direction angle φ is different from the shear wave ultrasonic wave and the longitudinal wave ultrasonic wave. In the present embodiment, only horizontal waves are considered among the ultrasonic waves. This is because it is sufficient to obtain only the sound speed information for the transverse wave to obtain the recrystallization rate from the relationship between the recrystallization rate and sound speed parameter α shown in FIG.

　구체적으로, 라인 포커스 빔 L1을 그 라인 방향이 측정 대상물(2)의 폭방향과 평행을 이루도록 하여 상기 측정 대상물(2)의 표면에 조사하면 압연 방향 편파 횡파가 발생하며, 한편, 라인 포커스 빔 L1을 그 라인 방향이 측정 대상물(2)의 압연 방향과 평행을 이루도록 하여 측정 대상물(2)의 표면에 조사하면 폭방향 편파 횡파가 발생한다.Specifically, when the line focus beam L1 is irradiated onto the surface of the measurement object 2 such that its line direction is parallel to the width direction of the measurement object 2, a rolling direction polarized wave is generated, while the line focus beam L1 When the line direction is parallel to the rolling direction of the measurement object 2 and irradiated to the surface of the measurement object 2, the widthwise polarized transverse wave is generated.

다만, 점 모양의 레이저 빔을 측정 대상물(2)의 표면에 조사하면 측정 대상물(2)의 표면에 대해 여러가지 방향으로 진행하는 초음파가 발생한다. 당연히 그러한 초음파에는 압연 방향 편파 횡파 및 폭방향 편파 횡파가 포함되어 있으며, 그 강도가 작기 때문에 압연 방향 편파 횡파와 폭방향 편파 횡파를 정확하게 검출하기는 어렵다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는 라인 포커스 빔 L1을 이용해서 그 라인 방향을 변화시킴으로써 압연 방향 편파 횡파와 폭방향 편파 횡파를 각각 독립적으로 발생시키도록 한다.However, when the dot-shaped laser beam is irradiated onto the surface of the measurement object 2, ultrasonic waves that travel in various directions with respect to the surface of the measurement object 2 are generated. Naturally, such an ultrasonic wave includes a rolling direction polarization transverse wave and a width direction polarization transverse wave, and because of its small strength, it is difficult to accurately detect the rolling direction polarization transverse wave and the transverse polarization transverse wave. For this reason, in the present embodiment, the line direction beam L1 is used to change the line direction so as to independently generate the rolling direction polarized wave and the width direction polarized wave.

빔 취득부(41)는, 압연 방향 편파 횡파 및 폭방향 편파 횡파의 각 초음파에 대해, 해당 초음파가 측정 대상물(2)의 밑면에서 반사된 후 다시 표면으로 돌아온 위치(검출점 위치)에 초음파 검출용 레이저(20)로부터 발사된 제2레이저 빔 L2를 유도함과 동시에 측정 대상물(2)의 표면에서 반사된 제2레이저 빔 L2를 취득한다. 상기 빔 취득부(41)는 집광렌즈(45a,45b)와 하프 미러(반투명 거울)(46)를 갖는다. 또한, 상기 빔 취득부(41)는 일체적으로 구성되어 있어 압연 방향 및 폭방향에 따라 이동할 수가 있다.The beam acquisition unit 41 detects ultrasonic waves at positions (detection point positions) where the ultrasonic waves are reflected from the bottom surface of the measurement target object 2 and then return to the surface for each ultrasonic wave in the rolling direction polarization transverse wave and the width direction polarization transverse wave. The second laser beam L2 emitted from the dragon laser 20 is guided and the second laser beam L2 reflected from the surface of the measurement object 2 is acquired. The beam acquisition unit 41 has condensing lenses 45a and 45b and half mirrors (semi-transparent mirrors) 46. Moreover, the beam acquisition part 41 is comprised integrally and can move along a rolling direction and the width direction.

광 파이버(91b)에 의해 상기 빔 취득부(41)로 유도된 제2 레이저 빔 L2는 집광렌즈(45a)로 집광되어 하프 미러(46)를 투과한 후 측정 대상물(2) 위의 검출점 위치에 조사된다. 여기서, 측정 대상물(2)의 내부를 전파하는 횡파 초음파의 진행 방향 각도는 미리 알려져 있으므로, 그 횡파 초음파의 검출점 위치도 용이하게 알 수 있다. 상기 빔 취득부(41)는 그 검출점 위치에 상기 집광렌즈(45a)에 의해 집광된 제2 레이저 빔 L2를 유도한다.The second laser beam L2 guided by the optical fiber 91b to the beam acquisition unit 41 is focused by the condenser lens 45a, passes through the half mirror 46, and then is located at the detection point on the measurement object 2. Is investigated. Here, since the advancing direction angle of the shear wave ultrasonic wave propagating inside the measurement object 2 is known beforehand, the position of the detection point of the shear wave ultrasonic wave can also be known easily. The beam acquiring section 41 guides the second laser beam L2 focused by the condensing lens 45a at the detection point position.

　또한, 본 실시 형태에서는 빔 취득부(41)는 라인 포커스 빔 L1의 대략 중심점을 통과하여 라인과 직교하는 평면과 상기 측정 대상물(2)의 표면이 교차하는 직선상에 제2 레이저 빔 L2를 유도한다. 즉, 해당 직선상의 소정 위치가 검출점 위치가 된다. 예를 들어, 라인 포커스 빔 L1의 끝점에서는 점 모양의 레이저 빔을 조사했을 경우와 같은 상황이 되며, 초음파가 여러 방향으로 발생한다. 이 때문에, 라인 포커스 빔 L1의 끝점을 통과하여 그 라인과 직교하는 평면과 상기 측정 대상물(2)의 표면이 교차하는 직선상에는 여러 방향으로 발생한 초음파가 돌아오므로, 소정 방향으로 편파된 횡파를 정확하게 검출할 수는 없다. 이와 반대로, 라인 포커스 빔 L1의 대략 중심점에서는 소정 방향으로 편파된 횡파만이 발생하므로 라인 포커스 빔 L1의 대략 중심점을 통과하여 그 라인과 직교하는 평면과 상기 측정 대상물(2)의 표면이 교차하는 직선상의 소정 위치를 검출점 위치로 함으로써 소정 방향으로 편파된 횡파를 정확하게 검출할 수가 있다. In addition, in this embodiment, the beam acquisition part 41 guide | induces a 2nd laser beam L2 on the straight line which the surface of the said measurement object 2 and the plane orthogonal to a line passing through the substantially center point of the line focus beam L1 cross | intersect. do. That is, the predetermined position on the straight line becomes the detection point position. For example, at the end point of the line focus beam L1, the same situation as in the case of irradiating a dot-shaped laser beam occurs, and ultrasonic waves are generated in various directions. For this reason, ultrasonic waves generated in various directions are returned on a straight line that passes through the end point of the line focus beam L1 and intersects the line perpendicular to the line and the surface of the measurement object 2, so that the transverse wave polarized in the predetermined direction is accurately corrected. It cannot be detected. On the contrary, since only a transverse wave polarized in a predetermined direction occurs at the substantially center point of the line focus beam L1, a straight line passing through the center point of the line focus beam L1 and orthogonal to the line and the surface of the measurement object 2 intersect. By setting the predetermined position of the image as the detection point position, the transverse wave polarized in the predetermined direction can be detected accurately.

상기 측정 대상물(2)의 표면은 거칠기 때문에, 상기 제2 레이저 빔 L2는 상기 측정 대상물(2)의 표면에 있어서 거의 등방적으로 산란된다. 이 때 해당 검출점 위치에 상기 측정 대상물(2)의 내부를 전파해온 초음파가 돌아오면 해당 검출점 위치가 초음파 진동을 하게 된다. 이로 인해, 상기 측정 대상물(2)의 표면에서 산란된 제2 레이저 빔 L2는 측정 대상물(2)의 표면의 초음파 진동에 기인하는 도플러 편이(Doppler shift)에 의해 주파수가 변화된다.Since the surface of the measurement object 2 is rough, the second laser beam L2 is scattered almost isotropically on the surface of the measurement object 2. At this time, when the ultrasonic wave propagating inside the measurement object 2 returns to the corresponding detection point position, the detection point position causes the ultrasonic vibration. Therefore, the frequency of the second laser beam L2 scattered from the surface of the measurement object 2 is changed by the Doppler shift due to the ultrasonic vibration of the surface of the measurement object 2.

　상기 측정 대상물(2)의 표면에서 산란된 제2 레이저 빔 L2 가운데 일부는 하프 미러(46)에서 반사되고, 집광렌즈(45b)로 집광된 후 광 파이버(91c)에 입사한다. 이 광 파이버(91c)는 이들 제2 레이저 빔 L2를 간섭계(50)로 유도한다. 광 파이버(91c)로부터 출사된 제2레이저 빔 L2는 집광렌즈(92)로 집광된 후 간섭계(50)로 입사한다. 이러한 간섭계(50)로서는, 예를 들어 파브리·페로 간섭계가 이용된다. 상기 파브리·페로 간섭계(50)는 초음파 진동에 기인하여 생기는 제2레이저 빔 L2의 주파수 변화를 검출하는 것이며, 서로 대향하는 2개의 반사 미러를 갖는다. 이 2개의 반사 미러는 공진기를 구성하며 제2레이저 빔 L2를 2개의 반사 미러 사이에서 다중 반사시킴으로써 밴드 패스 필터로서의 기능을 수행한다. 2개의 반사 미러간의 거리를 조절함으로써 이 공진기를 투과하는 빛의 주파수를 조절할 수 있다.A part of the second laser beam L2 scattered from the surface of the measurement object 2 is reflected by the half mirror 46, is focused by the condenser lens 45b, and then enters the optical fiber 91c. This optical fiber 91c guides these second laser beams L2 to the interferometer 50. The second laser beam L2 emitted from the optical fiber 91c is collected by the condenser lens 92 and then incident on the interferometer 50. As such an interferometer 50, a Fabry-Perot interferometer is used, for example. The Fabry-Perot interferometer 50 detects the frequency change of the second laser beam L2 caused by the ultrasonic vibration, and has two reflection mirrors facing each other. These two reflecting mirrors constitute a resonator and function as a band pass filter by multiple reflecting the second laser beam L2 between the two reflecting mirrors. By adjusting the distance between the two reflecting mirrors, the frequency of light passing through this resonator can be adjusted.

여기서, 파브리·페로 간섭계(50)에 있어서의 공진 곡선에 대해 설명한다. Here, the resonance curve in the Fabry-Perot interferometer 50 will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정장치에서의 파브리·페로 간섭계의 공진 곡선의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, 가로 축은 입사하는 빛의 주파수 f를, 세로 축은 파브리·페로 간섭계(50)로부터의 출력, 즉 파 브리·페로 간섭계(50)를 투과하는 빛의 강도 I를 나타낸다. 도 4로부터 알 수 있듯이, 투과광 강도 I는 특정 주파수에 대해 급격한 피크를 나타내지만, 피크의 전후에서는 빠르게 저하된다. 이 피크를 나타내는 주파수는 파브리·페로 간섭계(50)의 반사 미러간의 거리를 조절함으로써 변화시킬 수가 있다. 그래서, 도 4에 나타낸 곡선의 기울기가 최대가 되는 점(공진 곡선 동작점) A에 있어서의 주파수가 제2레이저 빔 L2의 발진 주파수와 일치하도록 반사 미러간의 거리가 조절하면, 주파수의 약간의 변화 △f를 상대적으로 큰 투과광 강도의 변화 ±△I로 변환시킬 수가 있다. 이것에 의해, 파브리·페로 간섭계(50)는, 상기 측정 대상물(2)의 표면의 초음파 진동에 기인하는 도플러 편이에 의해 주파수가 변화된 제2 레이저 빔 L2가 입력되었을 때에 그 주파수의 변화를 투과광 강도의 변화로서 출력한다.4 is a graph showing an example of a resonance curve of a Fabry-Perot interferometer in the recrystallization measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the horizontal axis represents the frequency f of incident light, and the vertical axis represents the output I of the Fabry-Perot interferometer 50, that is, the intensity I of light passing through the Fabry-Perot interferometer 50. As can be seen from FIG. 4, the transmitted light intensity I shows a sharp peak at a specific frequency, but falls rapidly before and after the peak. The frequency representing this peak can be changed by adjusting the distance between the reflection mirrors of the Fabry-Perot interferometer 50. Thus, if the distance between the reflecting mirrors is adjusted so that the frequency at the point A (resonance curve operating point) A at which the slope of the curve shown in Fig. 4 is maximum coincides with the oscillation frequency of the second laser beam L2, a slight change in frequency Δf can be converted into a relatively large change in transmitted light intensity ± ΔI. As a result, the Fabry-Perot interferometer 50 transmits the change of the frequency when the second laser beam L2 whose frequency is changed by Doppler shift caused by the ultrasonic vibration of the surface of the measurement object 2 is inputted. Output as a change of.

상기 파브리·페로 간섭계(50)로부터 출력된 투과광 강도는 광 검출기(60)로 보내진다. 광 검출기(60)는 투과광 강도를 전기신호로 변환하는 것이다. 이것에 의해 초음파 진동은 최종적으로 전기적인 신호로서 파악될 수 있다. 광 검출기(60)로부터의 신호는 컴퓨터(70)에 보내져서 파형 데이터로서 기록된다.The transmitted light intensity output from the Fabry-Perot interferometer 50 is sent to the photodetector 60. The photo detector 60 converts the transmitted light intensity into an electrical signal. Thereby, the ultrasonic vibration can finally be grasped as an electrical signal. The signal from the photodetector 60 is sent to the computer 70 and recorded as waveform data.

상기 컴퓨터(70)는 압연 방향 편파 횡파 및 폭방향 편파 횡파의 각 횡파 초음파에 대해, 제2레이저 빔 L2의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 근거해서 해당 횡파 초음파가 측정 대상물(2)의 내부를 전파되어 그 밑면에서 반사된 후 다시 표면으로 돌아올 때까지의 전파 시간을 구한다. 초음파 발생용 레이저(10)로부터 레이저 빔이 발사된 시점과 라인 포커스 빔 L1이 측정 대상물(2)에 조사되는 시점은 미리 알려져 있다. 이 때문에, 컴퓨터(70)는 광 검출기(60)로부터 보내진 파 형 데이터에 근거해서 주파수 변화를 검출한 시점을 조사함으로써 횡파 초음파의 전파 시간을 구할 수가 있다.The computer 70 transmits the transverse ultrasonic waves propagating inside the measurement object 2 based on waveform data indicating the frequency change of the second laser beam L2 for each transverse ultrasonic wave of the rolling direction polarization transverse wave and the width direction polarization transverse wave. To find the propagation time from the bottom to the back to the surface. The time point at which the laser beam is emitted from the ultrasonic wave generating laser 10 and the time point at which the line focus beam L1 is irradiated to the measurement object 2 are known in advance. For this reason, the computer 70 can obtain the propagation time of the shear wave ultrasonic wave by examining the time point when the frequency change is detected based on the waveform data sent from the photo detector 60.

또한, 컴퓨터(70)는 압연 방향 편파 횡파의 전파 시간에 근거해서 그 압연 방향 편파 횡파의 음속 V_S1을 산출함과 동시에 폭방향 편파 횡파의 전파 시간에 근거해서 그 폭방향 편파 횡파의 음속 V_S2를 산출한다. 그리고, 그 산출된 압연 방향 편파 횡파의 음속 V_S1 및 폭방향 편파 횡파의 음속 V_S2를 이용해서 음속 파라미터 α=(V_S1－V_S2)/｛(V_S1＋V_S2)/2｝를 구한다. 즉, 상기 컴퓨터(70)는 본 발명은 음속 파라미터 산출수단으로서의 역할을 수행한다.Further, the computer 70 calculates the sound speed V _S1 of the rolling direction polarization transverse wave on the basis of the propagation time of the rolling direction polarization transverse wave and at the same time the sound speed V _{S2 of the} transverse polarization transverse wave on the basis of the propagation time of the width direction polarization transverse wave. Calculate Then, the sound velocity parameter α = (V _S1 -V _S2 ) / kV (V _S1 + V _S2 ) / 2 Hz is calculated using the calculated sound velocity V _S1 of the rolling direction polarization transverse wave and sound velocity V _S2 of the width direction polarization transverse wave. That is, the computer 70 performs the role of the sound velocity parameter calculating means in the present invention.

컴퓨터(70)의 기억부에는 도 3에 나타낸 바와 같이 각 강종에 관하여 재결정율과 음속 파라미터α의 상관관계를 나타내는 데이터가 기억되고 있다. 상기 컴퓨터(70)는, 상기 구해진 음속 파라미터α를 이용해서 상기 기억부에 기억된 당해 측정 대상물(2)과 같은 강종에 대한 상관관계를 나타내는 상기 데이터에 근거해서 상기 해당 측정 대상물(2)의 재결정율을 구한다.As shown in FIG. 3, data indicating the correlation between the recrystallization rate and the sound velocity parameter α is stored in the storage unit of the computer 70 as shown in FIG. The computer 70 uses the obtained sound velocity parameter α to re-determine the corresponding measurement object 2 based on the data indicating correlation with the same steel type as the measurement object 2 stored in the storage unit. Find the rate.

사용자는 미리 각 강종에 대해 재결정율과 음속 파라미터 α의 관계를 나타내는 데이터를 구해 둘 필요가 있다. 이들 데이터를 얻으려면 우선 각 강종에 대해 복수의 샘플(후판)을 준비한다. 여기서, 상기 샘플로는 바람직하게는 두께가 약 5mm이며, 또한 결정립 형상비가 대략 같은, 예를 들어 2~3인 후판을 이용한다. 그리고 각 샘플에 대해 재결정율과 음속 파라미터α를 개별적으로 구한다. 구체적으로는 재결정율은 해당 샘플을 그 길이 방향에 대해 수직인 평면에서 절단했을 때의 단면을 현미경으로 관찰하여 어떤 영역에 있어서 재결정립이 차지하는 비율을 실측함으로써 구해진다. 한편, 음속 파라미터 α는 예를 들어, 본 발명에 따른 일 실시형태의 측정장치를 이용함으로써 구해진다. 이렇게 해서 구해진 재결정율과 음속 파라미터 α를 그래프로 나타내면 도 3에 도시된 바와 같은 그래프를 얻을 수 있다. 다만, 일반적으로 재결정율과 음속 파라미터 α와의 관계는 강종마다 다르므로, 이들 상관관계를 강종마다 구하는 것이 바람직하다.The user needs to obtain data indicating the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter α for each steel grade in advance. To obtain these data, first, a plurality of samples (thick plates) are prepared for each steel grade. Here, a thick plate having a thickness of about 5 mm and a grain shape ratio of approximately the same, for example, 2-3 is preferably used as the sample. The recrystallization rate and sound velocity parameter α are separately obtained for each sample. Specifically, recrystallization rate is calculated | required by observing the cross section at the time of cut | disconnecting the sample in the plane perpendicular | vertical to the longitudinal direction with a microscope, and measuring the ratio which recrystallization grain occupies in a certain area | region. In addition, the sound velocity parameter (alpha) is calculated | required by using the measuring apparatus of one Embodiment which concerns on this invention, for example. The graph as shown in Fig. 3 can be obtained by graphing the recrystallization rate and the sound velocity parameter α thus obtained. However, in general, since the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter α is different for each steel type, it is preferable to obtain these correlations for each steel type.

그런데, 샘플의 음속 파라미터α를 구하는 경우에는 도 1에 나타낸 측정장치 대신에 도 5에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정장치의 변형예에 대한 개략 구성도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 변형예에 따른 재결정율 측정장치는, 초음파 발생용 레이저 (10)와, 초음파 검출용 레이저(20)와, 초음파 발생부(31a)와, 빔 취득부(41a)와, 간섭계(50)와, 광 검출기(60)와, 컴퓨터(70) 및 회전 스테이지(100)를 포함한다. 다만, 도 5의 재결정율 측정장치에 있어서 도 1의 장치와 동일한 기능을 갖는 것에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 상세한 설명을 생략한다.By the way, when obtaining the sound velocity parameter (alpha) of a sample, it is preferable to use the apparatus shown in FIG. 5 instead of the measuring apparatus shown in FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a modification of the recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The recrystallization rate measuring apparatus according to the modification of the present invention shown in FIG. 5 includes an ultrasonic wave generation laser 10, an ultrasonic wave detection laser 20, an ultrasonic wave generation unit 31a, and a beam acquisition unit 41a. And an interferometer 50, an optical detector 60, a computer 70, and a rotation stage 100. However, in the recrystallization rate measuring apparatus of FIG. 5, the same reference numerals are given to those having the same functions as those of FIG.

도 5의 재결정율 측정장치가 도 1에 나타낸 장치와 다른 점은, 주로 2개이다. 첫째는 회전 스테이지(100)에 측정 대상물(2)을 장착해서 상기 회전 스테이지(100)를 회전시킴으로써 라인 포커스 빔 L1의 라인 방향을 바꾼다는 점이다. 즉, 초음파 발생부(31a)는 실린드리칼 렌즈(35)의 회전 기구를 가지지 않는다. 둘째는, 초음파 발생부(31a)와 빔 취득부(41a)를 별도로 구성해서 빔 취득부(41a)를 상기 측정 대상물(2)에 개입시켜 초음파 발생부(31a)와 반대편에 배치한 점이 다. 즉, 빔 취득부(41a)는 압연 방향 편파 횡파 및 폭방향 편파 횡파의 각 초음파에 대해 해당 횡파 초음파가 도달하는 측정 대상물(2)의 밑면 위치에 제2레이저 빔 L2를 유도함과 동시에, 상기 측정 대상물(2)의 밑면에서 반사된 제2레이저 빔 L2를 취득한다. 그 밖의 구성은, 도 1에 도시된 재결정율 측정장치와 대략 같다.The recrystallization rate measuring apparatus of FIG. 5 is mainly different from the apparatus shown in FIG. 1. The first is to change the line direction of the line focus beam L1 by attaching the measurement object 2 to the rotation stage 100 and rotating the rotation stage 100. That is, the ultrasonic wave generator 31a does not have the rotation mechanism of the cylindrical lens 35. Secondly, the ultrasonic wave generator 31a and the beam acquisition unit 41a are separately configured and the beam acquisition unit 41a is disposed on the opposite side to the ultrasonic wave generator 31a through the measurement object 2. That is, the beam acquiring section 41a induces the second laser beam L2 at the bottom position of the measurement target 2 to which the transverse ultrasonic waves arrive for each ultrasonic wave of the rolling direction polarization transverse wave and the width direction polarization transverse wave, and the measurement The second laser beam L2 reflected from the bottom surface of the object 2 is obtained. The rest of the configuration is substantially the same as the recrystallization rate measuring apparatus shown in FIG.

도 5에 도시된 재결정율 측정장치는, 구성이 간단하며 특히 크기가 그다지 크지 않은 측정 대상물(2)에 대한 측정을 실시할 경우에 적절하다. 따라서, 상술한 샘플에 대해 그 음속 파라미터α를 구할 경우에 매우 적합하다. 다만, 이 장치는 측정 대상물(2)을 회전 스테이지(100)에 장착하므로 열간 온라인에 있어서 측정을 실시할 경우에는 이용할 수 없다.The recrystallization rate measuring apparatus shown in Fig. 5 is suitable for a measurement of the measurement target 2, which is simple in construction and not particularly large in size. Therefore, it is very suitable when the sound velocity parameter α is obtained for the above-described sample. However, since this apparatus mounts the measurement object 2 to the rotating stage 100, it cannot be used when performing a measurement in hot online.

　이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정장치에 대해, 측정 대상물(2)의 재결정율을 측정하는 절차에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재결정율 측정과정을 보이는 흐름도로서, 강재의 재결정율 측정장치에 대해 상기 측정 대상물(2)의 재결정율을 측정하는 절차를 설명하는 플로차트(flow chart)이다.Hereinafter, the procedure for measuring the recrystallization rate of the measurement object 2 with respect to the recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. 6 is a flowchart illustrating a recrystallization rate measuring process according to an embodiment of the present invention, which is a flowchart illustrating a procedure of measuring a recrystallization rate of the measurement target 2 with respect to a recrystallization rate measuring device for steel. .

우선, 컴퓨터(70)는 실린드리칼 렌즈(35)의 길이 방향이 측정 대상물(2)의 폭방향이 되도록 실린드리칼 렌즈(35)의 회전 기구를 제어한다(S1). 그 후, 초음파 발생용 레이저(10)로부터 레이저 빔을 발사함과 동시에 초음파 검출용 레이저(20)로부터 제2레이저 빔 L2를 발사한다. 초음파 발생용 레이저(10)로부터의 레이저 빔은 실린드리칼 렌즈(35)로 라인 모양으로 집광되어 라인 포커스 빔 L1로서 측정 대상(2)의 표면에 조사된다. 이 때, 라인 포커스 빔 L1의 라인 방향은 측정 대상(2) 의 폭방향과 평행을 이루므로, 상기 측정 대상물(2)의 내부에는 압연 방향 편파 횡파가 발생한다. 측정 대상물(2)의 표면에서 산란된 제2레이저 빔 L2가 파브리·페로 간섭계(50)에 입사됨으로써 파브리·페로 간섭계(50)는 압연 방향 편파 횡파의 초음파의 진동에 기인해서 발생되는 상기 제2 레이저 빔 L2의 주파수 변화를 검출한다. 그리고, 컴퓨터(70)는 상기 제2 레이저 빔 L2의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 근거하여 압연 방향 편파 횡파의 전파 시간을 구한다(S2). 상기 전파 시간은 상기 컴퓨터(70)의 소정 메모리에 기억된다.First, the computer 70 controls the rotation mechanism of the cylindrical lens 35 so that the longitudinal direction of the cylindrical lens 35 becomes the width direction of the measurement object 2 (S1). Thereafter, the laser beam is emitted from the ultrasonic wave generating laser 10 and the second laser beam L2 is emitted from the ultrasonic wave detecting laser 20. The laser beam from the ultrasonic wave generation laser 10 is condensed in a line shape by the cylindrical lens 35 and irradiated to the surface of the measurement target 2 as the line focus beam L1. At this time, since the line direction of the line focus beam L1 is parallel to the width direction of the measurement target 2, a rolling direction polarized wave is generated inside the measurement target 2. The second laser beam L2 scattered from the surface of the measurement target object 2 is incident on the Fabry-Perot interferometer 50, so the Fabry-Perot interferometer 50 is caused by the vibration of the ultrasonic wave in the rolling direction polarization transverse wave. The frequency change of the laser beam L2 is detected. Then, the computer 70 calculates the propagation time of the rolling direction polarized wave transverse wave based on the waveform data indicating the frequency change of the second laser beam L2 (S2). The propagation time is stored in a predetermined memory of the computer 70.

다음에 컴퓨터(70)는 실린드리칼 렌즈(35)의 길이 방향이 압연 방향이 되도록 실린드리칼 렌즈(35)의 회전 기구를 제어한다(S3). 그 후, 초음파 발생용 레이저(10)로부터 레이저 빔을 발사함과 동시에 초음파 검출용 레이저(20)로부터 제2레이저 빔 L2를 발사한다. 이 때 실린드리칼 렌즈(35)로 집광된 라인 포커스 빔 L1의 라인 방향은 상기 측정 대상물(2)의 압연 방향과 평행을 이루므로, 상기 측정 대상(2)의 내부에는 폭방향 편파 횡파가 발생한다. 측정 대상물(2)의 표면에서 산란된 제2 레이저 빔 L2가 파브리·페로 간섭계(50)에 입사됨으로써 파브리·페로 간섭계(50)는 폭방향 편파 횡파의 초음파의 진동에 기인해서 발생되는 상기 제2 레이저 빔 L2의 주파수 변화를 검출한다. 그리고 컴퓨터(70)는 상기 제2 레이저 빔 L2의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 근거해서 폭방향 편파 횡파의 전파 시간을 구한다(S4). 상기 전파 시간은 상기 컴퓨터(70)의 소정 메모리에 기억된다.Next, the computer 70 controls the rotation mechanism of the cylindrical lens 35 so that the longitudinal direction of the cylindrical lens 35 becomes the rolling direction (S3). Thereafter, the laser beam is emitted from the ultrasonic wave generating laser 10 and the second laser beam L2 is emitted from the ultrasonic wave detecting laser 20. At this time, since the line direction of the line focus beam L1 focused by the cylindrical lens 35 is parallel to the rolling direction of the measurement object 2, a widthwise polarized transverse wave is generated inside the measurement object 2. do. The second laser beam L2 scattered from the surface of the measurement object 2 is incident on the Fabry-Perot interferometer 50, so the Fabry-Perot interferometer 50 is caused by the vibration of the ultrasonic wave in the widthwise polarized transverse wave. The frequency change of the laser beam L2 is detected. The computer 70 then calculates the propagation time of the widthwise polarized transverse wave based on the waveform data indicating the frequency change of the second laser beam L2 (S4). The propagation time is stored in a predetermined memory of the computer 70.

이렇게 해서 검출된 파형 데이터에 근거하여 압연 방향 편파 횡파 및 폭방향 편파횡파에 대한 전파 시간이 구해지면 다음에 컴퓨터(70)는 압연 방향 편파횡파의 전파 시간에 근거해서 압연 방향 편파횡파의 음속 V_S1을 산출함과 동시에 폭방향 편파횡파의 전파 시간에 근거해서 폭방향 편파횡파의 음속 V_S2를 산출한다(S5). 그리고, 압연 방향 편파횡파의 음속 V_S1과 폭방향 편파횡파의 음속 V_S2를 이용해서 음속 파라미터 α를 구한다(S6). 이후, 컴퓨터(70)는 기억부에 기억된 상기 해당 측정 대상물(2)과 같은 종류의 강재에 대한 재결정율과 음속 파라미터 α와의 관계를 나타내는 데이터를 이용해서 해당 측정 대상물(2)의 음속 파라미터 α로부터 상기 해당 측정 대상물(2)의 재결정율을 구한다(S7). 이렇게 해서 얻어진 상기 해당 측정 대상물(2)의 재결정율은 예를 들어, 상기 컴퓨터(70)의 화면에 표시된다.After the propagation time for the rolling direction polarization transverse wave and the width direction polarization transverse wave is obtained based on the detected waveform data, the computer 70 next determines the sound velocity V _S1 of the rolling direction polarization transverse wave based on the propagation time of the rolling direction polarization transverse wave. The sound velocity V _S2 of the widthwise polarized wave is calculated based on the propagation time of the widthwise polarized wave. And, by using the sound velocity V _S1 and V _S2 acoustic velocity of transverse waves polarized in the width direction in the rolling direction polarized transverse wave is determined the speed of sound parameter α (S6). Then, the computer 70 uses the data indicating the relationship between the recrystallization rate and the sound speed parameter α for the same kind of steel as the corresponding measurement object 2 stored in the storage unit, and then the sound speed parameter α of the measurement object 2. The recrystallization rate of the said measurement object 2 is calculated | required from (S7). The recrystallization rate of the said measurement object 2 obtained in this way is displayed on the screen of the said computer 70, for example.

본 발명에 따른 일 실시형태의 재결정율 측정장치에서는, 레이저 초음파법을 이용함으로써 측정 대상물의 내부에, 그 표면에 대해 비스듬하게 진행하는 횡파 초음파를 발생시켜, 압연 방향으로 편파된횡파 초음파 및 폭방향으로 편파된횡파 초음파의 각각에 대해, 해당 횡파 초음파가 측정 대상물의 내부를 전파한 전파 시간을 구하고, 그 구해진 전파 시간에 근거해서 해당 횡파 초음파의 음속을 산출한다. 그리고, 압연 방향 편파 횡파의 음속 및 폭방향 편파 횡파의 음속을 이용해서 측정 대상물에 대한 음속 파라미터를 구하고, 그 구한 음속 파라미터를 이용해서 컴퓨터의 기억부에 기억된 측정 대상물과 같은 강종에 대한 재결정율과 음속 파라미터와의 상관관계를 나타내는 데이터에 근거해서 상기 측정 대상물에 대한 재결정율을 얻는다. 따라서, 본 실시형태의 재결정율 측정장치를 이용하면 열간 온라인으로 측정 대상물의 재결정율을 구할 수가 있다. 이 때문에, 이들 재결정율에 대한 정보 를, 예를 들어 다음 공정의 압연 조건에 피드 포워드(feed forward)함으로써, 미세 조직의 강재를 효율적이고 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 또한 정밀도 높은 강재의 제조 기술에 의해 재질 격차의 저감에도 기여할 수가 있다.In the recrystallization measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, by using the laser ultrasonic method, transverse wave ultrasonic waves that are obliquely propagated to the surface of the object to be generated are generated inside the measurement object, and the transverse wave ultrasonic waves and the width direction are polarized in the rolling direction. For each of the transverse wave ultrasonic waves polarized by, the propagation time at which the transverse wave ultrasonic waves propagated inside the measurement object is calculated, and the sound velocity of the transverse wave ultrasonic waves is calculated based on the obtained propagation time. Then, the sound velocity parameter for the measurement object is obtained by using the sound velocity of the rolling direction polarization transverse wave and the sound velocity of the transverse polarization transverse wave, and using the obtained sound velocity parameter, the recrystallization rate for the steel type such as the measurement object stored in the memory of the computer. The recrystallization rate for the measurement object is obtained based on the data indicating the correlation between the sound velocity parameter and the sound velocity parameter. Therefore, by using the recrystallization rate measuring apparatus of the present embodiment, it is possible to obtain the recrystallization rate of the measurement object in hot online. For this reason, by feeding information on these recrystallization rates to, for example, the rolling conditions of the next step, it is possible to efficiently and stably manufacture the steel of the microstructure, and to manufacture the steel with high precision. This can contribute to reducing the material gap.

다만, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지의 범위내에 있어서 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기한 실시 형태에서는 라인 포커스 빔 L1을 측정 대상물(2)의 표면에 조사함으로써 상기 측정 대상물(2)의 내부에 횡파를 발생시켜, 그 발생시킨 횡파를 검출함으로써 횡파의 음속을 구하는 경우에 대해 설명했지만, 횡파와 동시에 종파가 발생하므로 그 종파가 측정 대상물의 밑면에서 횡파로 모드 변환되는 성분인 모드 변환 횡파를 검출함으로써 횡파의 음속을 구하도록 할 수도 있다. 다만, 이 경우는 측정 대상물(2)의 밑면에서 모드 변환되지 않았던 반사 종파도 검출할 필요가 있다.However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a shear wave is generated inside the measurement object 2 by irradiating the surface of the measurement object 2 with the line focus beam L1 to determine the sound velocity of the shear wave by detecting the generated shear wave. Although the case was explained, since a longitudinal wave generate | occur | produces simultaneously with a transverse wave, the sound velocity of a transverse wave can also be calculated | required by detecting the mode conversion transverse wave which is the component whose mode is mode-converted from the underside of a measurement object to a transverse wave. In this case, however, it is also necessary to detect the reflected longitudinal wave that has not undergone mode conversion on the bottom surface of the measurement object 2.

또한, 상기한 실시 형태에서는 측정 대상물(2)로서 열간 공정으로 제조되는 후판을 이용한 경우에 대해 설명했지만, 본 발명의 재결정율 측정장치는 이들 후판 외에도 어떠한 금속에 대해서도 적용할 수가 있다.In addition, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where the thick plate manufactured by the hot process was used as the measurement object 2, the recrystallization rate measuring apparatus of this invention can be applied also to any metal other than these thick plates.

본 발명에 의하면, 비접촉방식의 열간 온라인으로 측정 대상물의 재결정율을 구할 수 있다. 또한, 비접촉의 온라인으로 구한 재결정율 정보를 다음 공정의 압연 조건에 피드 포워드(feed forward)함으로써 조직 미세의 강재를 효율적이고 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 나아가 정밀도가 높은 강재의 제조 기술에 의해 재질 편차를 저감시킬 수 있다.According to this invention, the recrystallization rate of a measurement object can be calculated | required by non-contact hot online. In addition, by feeding the non-contact online recrystallization rate information forward to the rolling conditions of the next process, it becomes possible to efficiently and stably manufacture the steel of fine structure, and furthermore, by the high precision steel manufacturing technology The deviation can be reduced.

Claims

In the recrystallization rate measuring device for the measurement object,

Storage means for storing data representing a correlation between a recrystallization rate and a sound velocity parameter representing anisotropy of the transverse sound velocity for each steel grade;

Ultrasonic wave generating means for generating shear wave ultrasonic waves inside the measurement object by irradiating a surface of the measurement object with a first laser beam;

For each of the first shear wave ultrasonic wave polarized in the longitudinal direction of the measurement object and the second shear wave ultrasonic wave polarized in the width direction of the measurement object generated inside the measurement object, the shear wave ultrasonic wave reaches the measured object. Beam acquiring means for inducing a second laser beam at a specific position and acquiring the second laser beam reflected from the measurement object;

Frequency change detection means for detecting a frequency change of the second laser beam generated due to vibration of the shear wave ultrasonic wave based on the second laser beam acquired by the beam acquisition means;

The sound velocity of the first shear wave ultrasonic wave and the second shear wave ultrasonic wave is calculated using waveform data indicating a frequency change of the second laser beam detected by the frequency change detection means, and the first shear wave and the second shear wave ultrasonic wave Sound speed parameter calculating means for calculating a sound speed parameter for the measurement object using a sound speed of? And

And a calculation means for calculating a recrystallization rate of the measurement object based on the data for the same steel grade as the measurement object stored in the storage means using the calculated sound velocity parameter.

The method of claim 1,

The first laser beam has a line shape, and the ultrasonic wave generating means irradiates the surface of the measurement object to the inside of the measurement object by irradiating the surface of the measurement object with the line direction of the first laser beam being the width direction of the measurement object. Generating the first shear wave ultrasonic wave, and irradiating the surface of the measurement object with the first laser beam in a line direction of the length direction of the measurement object to generate the second shear wave ultrasonic wave inside the measurement object. Recrystallization rate measuring device characterized in that.

The method according to claim 1 or 2, wherein the beam acquisition means,

And a second laser beam is guided through a line center point of the first laser beam and on a straight line that intersects a plane orthogonal to the line and a surface or a back surface of the measurement object.

The sound speed parameter calculating means according to claim 1 or 2,

For each of the first shear wave ultrasonic wave and the second shear wave ultrasonic wave, the shear wave ultrasound propagates inside the measurement object based on waveform data indicating a frequency change of the second laser beam detected by the frequency change detection means. The sound velocity of the shear wave ultrasound is calculated based on the obtained propagation time, and the sound velocity parameter for the measurement object is obtained using the sound velocity of the first shear wave ultrasound and the sound velocity of the second shear wave ultrasound. Recrystallization rate measuring apparatus.

In the recrystallization rate measurement method for the measurement object,

A first step of obtaining data representing respective relations between recrystallization rates and sound velocity parameters representing anisotropy of the transverse sound velocity for each steel grade;

Irradiating a surface of the measurement object with a first laser beam to generate shear wave ultrasound inside the measurement object;

For each of the first shear wave ultrasonically polarized in the longitudinal direction of the measurement object and the second shear wave ultrasonically polarized in the width direction of the measurement object generated inside the measurement object, the measurement of the measurement object that the shear wave ultrasound reaches Inducing a second laser beam at a position and acquiring the second laser beam reflected from the measurement object;

A fourth step of detecting a change in frequency of the second laser beam generated due to vibration of the transverse wave ultrasound based on the second laser beam acquired in the third step;

The propagation time at which the transverse wave ultrasound propagates the inside of the measurement object is calculated based on the waveform data indicating the frequency change of the second laser beam detected in the fourth step, and based on the obtained propagation time, Calculating a sound velocity and obtaining a sound velocity parameter representing anisotropy of the shear wave sound velocity with respect to the measurement object using the calculated sound velocity of the first shear wave ultrasonic wave and sound velocity of the second shear wave ultrasonic wave; And

And a sixth step of obtaining a recrystallization rate of the measurement object using the sound velocity parameter obtained in the fifth step based on the first data for the same steel grade as obtained in the first step. Recrystallization rate measurement method.

The method of claim 5,

The first laser beam has a line shape, and in the second step, the first laser beam is irradiated onto the surface of the measurement object such that its line direction is the width direction of the measurement object, and then inside the measurement object. Generating the first shear wave ultrasonic wave, and irradiating the first laser beam to the surface of the measurement object such that its line direction is the longitudinal direction of the measurement object to generate the second shear wave ultrasonic wave inside the measurement object. Recrystallization rate measurement method characterized in that.

The method according to claim 5 or 6,

In the third step, the second laser beam is guided on a straight line where the plane orthogonal to the line passing through the line center point of the first laser beam and the surface or the bottom surface of the measurement object intersect. Rate measurement method.