KR101085563B1 - Apparatus for detecting inclusions of cold rolled coil using the magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉연강판의 개재물 탐상 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 직류전류를 이용하여 일방향의 자화방향을 가지는 자기장을 생성하고, 생성된 자기장을 이용하여 냉연강판의 피측정 영역을 자화시키는 자화부; 일정 간격으로 일렬로 이격 배열된 n개의 자기센서를 포함하고, 자화된 피측정 영역에서 누설되는 누설자속에 상응하는 제1 출력신호를 생성하는 제1 자기센서 어레이; 제1 자기센서 어레이의 자기센서와 동일한 간격으로 일렬로 이격 배열된 n개의 자기센서를 포함하고, 자화된 피측정 영역에서 누설되는 누설자속에 상응하는 제2 출력신호를 생성하되, 제1 자기센서 어레이와 평행하게 이격되어 배치되는 제2 자기센서 어레이; 제1 및 제2 출력신호의 차동값을 입력받아 자화된 피측정 영역에서 누설되는 누설자속의 세기 분포를 정량화하는 데이터 처리부를 포함하며, 제1 및 제2 자기센서 어레이는 제1 및 제2 출력신호의 차동값을 데이터 처리부로 전달하도록 연결된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an apparatus for inspecting an inclusion of a cold rolled steel sheet, in particular, a magnetizing unit generating a magnetic field having a magnetization direction in one direction using a direct current, and magnetizing a region to be measured of the cold rolled steel sheet using the generated magnetic field; A first magnetic sensor array including n magnetic sensors spaced in a row at regular intervals, the first magnetic sensor array generating a first output signal corresponding to a leaked magnetic flux leaked from the magnetized measured region; A second output signal including n magnetic sensors spaced in a row at the same interval as the magnetic sensors of the first magnetic sensor array, and generating a second output signal corresponding to the leakage magnetic flux leaked from the magnetized measured area, wherein the first magnetic sensor A second magnetic sensor array spaced apart from and parallel to the array; And a data processor configured to receive a differential value of the first and second output signals and to quantify the distribution of the intensity of the leaked magnetic flux leaked from the magnetized measurement region, wherein the first and second magnetic sensor arrays include first and second outputs. It is characterized in that it is connected to transfer the differential value of the signal to the data processor.
Description
본 발명은 자기센서를 이용한 냉연강판의 개재물 탐상 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개재물 또는 결함의 존재로 인한 누설자속의 정보만을 효율적으로 추출할 수 있는 냉연강판의 개재물 탐상 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for detecting an inclusion of a cold rolled steel sheet using a magnetic sensor. More particularly, the present invention relates to an apparatus for detecting an inclusion of a cold rolled steel sheet that can efficiently extract only information on a leakage flux due to the presence of an inclusion or a defect.
냉연강판은 열연강판을 산으로 세척한 후, 상온에서 압연하여 두께가 고르고 표면이 매끈하고 광택이 나도록 만든 강판으로서, 표면이 고우며 치수 정확도, 편평도 및 성형성이 좋다. 따라서 자동차 내외부, 사무용 기기, 냉장고와 세탁기 등의 가전기구, 및 주방 기구 등에 넓게 사용되고 있다. 그러나, 생산과정 중 발생하는 개재물(inclusion)은 최종 제품의 기계적인 특성에 영향을 미치고, 결과적으로 제품의 불량과 직결된다. 따라서, 양질의 냉연강판을 생산하기 위해서는 제조 공정에서 발생하는 개재물의 위치,형상,크기,분포를 분석/평가하는 방법이 필요하다. Cold rolled steel sheet is a steel sheet made by washing hot rolled steel sheet with acid and then rolling at room temperature to have a uniform thickness, smooth surface and gloss, and have a good surface and good dimensional accuracy, flatness and formability. Therefore, it is widely used in home appliances, office equipment, home appliances such as refrigerators and washing machines, and kitchen appliances. However, inclusions that occur during the production process affect the mechanical properties of the final product, which in turn leads to product defects. Therefore, in order to produce high quality cold rolled steel sheets, a method of analyzing / evaluating the position, shape, size, and distribution of inclusions generated in the manufacturing process is required.
비파괴적으로 냉연강판의 개재물을 탐상하는 방식으로는 초음파 (ultrasonic) 탐상, 누설자속(magnetic leakage flux) 탐상, 및 X선 투과(X-ray transmission) 등의 방식이 있다.Non-destructive inspection of inclusions in cold rolled steel includes ultrasonic (ultraviolet) inspection, magnetic leakage flux inspection, and X-ray transmission.
초음파 탐상은 30-100MHz 정도의 높은 주파수에 의하여 직경이 100μm 이하의 홀이나 개재물을 검출할 수 있는 방식으로서, 높은 주파수 때문에 초음파의 침투 깊이가 깊지 못하다는 단점이 있다. 따라서 초음파 탐상은 개재물이 냉연강판의 깊숙한 곳에 존재하는 경우 그 개재물을 검출하지 못하므로, 냉연강판의 개재물을 검출하는데 적합하지 않다. Ultrasonic flaw detection is a method of detecting holes or inclusions having a diameter of 100 μm or less by a high frequency of about 30-100 MHz, and has a disadvantage in that the penetration depth of the ultrasonic wave is not deep due to the high frequency. Therefore, the ultrasonic flaw detection is not suitable for detecting the inclusions of the cold rolled steel sheet because the inclusion does not detect the inclusions when the inclusions are deep in the cold rolled steel sheet.
X선 투과 방식은 금속의 개재물을 검출하기 위한 유효한 방법 중 하나이지만, X선 투과 방식은 균열이나 홀(hole)과 개재물(inclusion)을 판별하기가 곤란하고, X선 투과에 이용되는 장비가 너무 크며, X선 투과 장비를 가동하는데 소요되는 경비가 높다는 문제점이 있다. X-ray transmission is one of the effective methods for detecting metal inclusions, but X-ray transmission is difficult to distinguish cracks, holes, and inclusions, and the equipment used for X-ray transmission is too high. Larger, there is a problem that the cost required to operate the X-ray transmission equipment is high.
한편 누설자속 탐상은 피측정체가 포화 자화 가까이 자화되었을 때, 개재물과 같은 비연속체(discontinuity)에 의하여 자속의 섭동(perturb)이 발생하는 원리를 이용하는 방식이다. 즉, 누설자속 탐상은 개재물에 의하여 공기 중으로 누설되는 자속을 자기센서로 검출하여 측정하는 방식으로서, 작은 개재물을 검출하기 위해서는 자기센서의 크기를 작게 해야 할 뿐만 아니라 센서의 공간분해능도 높여야 한다. 그러나 냉연강판의 개재물을 검출하기 위해서 누설자속 탐상은 냉연강판 시험편을 포화자화까지 자화시켜야 하는데, 이때 발생하는 외부 자장의 세기가 자기센서에 영향을 미쳐서 개재물 탐상 능력을 저하시키는 문제점이 있다. 따라서 냉연강판 깊숙이 존재하는 작은 개재물도 검출할 수 있으며, 공간분해능도 높은 동시에 외부 자기장의 영향에 민감하지 않은 냉연강판의 개재물 탐상 방식이 필요하다.On the other hand, leak magnetic flux inspection is a method using the principle that a perturb of magnetic flux is generated by a discontinuity such as an inclusion when the object to be measured is magnetized near saturation magnetization. That is, the leak magnetic flux inspection is a method of detecting and measuring the magnetic flux leaking into the air by the inclusions, in order to detect the small inclusions should not only reduce the size of the magnetic sensor but also increase the spatial resolution of the sensor. However, in order to detect the inclusions of the cold rolled steel sheet, the leak magnetic flux inspection has to magnetize the cold rolled steel sheet to the saturation magnetization, and there is a problem in that the strength of the external magnetic field affects the magnetic sensor and degrades the inclusion inspection ability. Therefore, it is possible to detect small inclusions deep in the cold rolled steel sheet, and to detect the inclusions of the cold rolled steel sheet having high spatial resolution and insensitive to the influence of an external magnetic field.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 개재물 또는 결함의 존재에 기인한 누설자속의 정보만을 효율적으로 추출할 수 있으며, 외부 자기장에 대한 영향을 최소화할 수 있는 냉연강판의 개재물 탐상 장치를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus for detecting the inclusion of cold-rolled steel sheet that can efficiently extract only the information of the leakage flux due to the presence of inclusions or defects, and can minimize the influence on the external magnetic field. .
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 직류전류를 이용하여 일방향의 자화방향을 가지는 자기장을 생성하고, 생성된 자기장을 이용하여 냉연강판의 피측정 영역을 자화시키는 자화부; 일정 간격으로 일렬로 이격 배열된 n개의 자기센서를 포함하고, 자화된 피측정 영역에서 누설되는 누설자속에 상응하는 제1 출력신호를 생성하는 제1 자기센서 어레이; 제1 자기센서 어레이의 자기센서와 동일한 간격으로 일렬로 이격 배열된 n개의 자기센서를 포함하고, 자화된 피측정 영역에서 누설되는 누설자속에 상응하는 제2 출력신호를 생성하되, 제1 자기센서 어레이와 평행하게 이격되어 배치되는 제2 자기센서 어레이; 제1 및 제2 출력신호의 차동값을 입력받아 자화된 피측정 영역에서 누설되는 누설자속의 세기 분포를 정량화하는 데이터 처리부를 포함하며, 제1 및 제2 자기센서 어레이는 제1 및 제2 출력신호의 차동값을 데이터 처리부로 전달하도록 연결된 것을 특징으로 하는, 냉연강판의 개재물 탐상 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a magnetic field having a magnetization direction in one direction by using a direct current, and a magnetization unit for magnetizing the region to be measured of the cold rolled steel sheet using the generated magnetic field; A first magnetic sensor array including n magnetic sensors spaced in a row at regular intervals, the first magnetic sensor array generating a first output signal corresponding to a leaked magnetic flux leaked from the magnetized measured region; A second output signal including n magnetic sensors spaced in a row at the same interval as the magnetic sensors of the first magnetic sensor array, and generating a second output signal corresponding to the leakage magnetic flux leaked from the magnetized measured area, wherein the first magnetic sensor A second magnetic sensor array spaced apart from and parallel to the array; And a data processor configured to receive a differential value of the first and second output signals and to quantify the distribution of the intensity of the leaked magnetic flux leaked from the magnetized measurement region, wherein the first and second magnetic sensor arrays include first and second outputs. It is characterized in that it provides a cold rolling steel inclusion inspection device, characterized in that connected to transfer the differential value of the signal to the data processing unit.
바람직하게는, 상기 냉연강판의 개재물 탐상 장치는, 제1 및 제2 자기센서 어레이가 냉연강판의 누설자속을 스캔할 수 있도록 냉연강판 또는 자기센서 어레이 를 이송하는 이송부를 더 포함하고, 자화기는 자화방향이 냉연강판의 이송 방향과 평행한 방향으로 생성되도록 고정 배치되며, 제1 및 제2 자기센서 어레이는 생성된 자기장 내에 위치하도록 고정 배치될 수 있다.Preferably, the inclusion inspection device of the cold rolled steel sheet, the first and second magnetic sensor array further comprises a transfer unit for transporting the cold rolled steel sheet or the magnetic sensor array to scan the leakage flux of the cold rolled steel sheet, the magnetizer The direction may be fixedly arranged to be generated in a direction parallel to the transfer direction of the cold rolled steel sheet, and the first and second magnetic sensor arrays may be fixedly disposed to be located in the generated magnetic field.
본 발명에 의하면, 개재물 또는 결함의 존재에 기인한 누설자속의 정보만을 효율적으로 추출할 수 있으며, 외부 자기장의 세기에 대한 영향을 축소할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, only the information of the leakage magnetic flux due to the presence of inclusions or defects can be extracted efficiently, and the effect on the strength of the external magnetic field can be reduced.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판의 개재물을 탐상하는 장치를 설명하는 도면이다. 1 is a view for explaining the apparatus for detecting the inclusions of the cold rolled steel sheet according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 냉연강판의 개재물 탐상 장치는 냉연강판(20)을 자화시키는 자화부(10), 제1 자기센서 어레이(31)와 제2 자기센서 어레이(32)를 포함하는 자기센서 어레이(30), 및 데이터 처리부(40)를 포함하며, 추가로 냉연강판 또는 자기센서 어레이를 이송하는 이송부(50)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an apparatus for detecting an inclusion of a cold rolled steel sheet according to the present invention includes a
자화부(10)는 피측정체인 냉연강판(20)을 자화시키는 역할을 수행하며, 직류전류를 이용하여 일방향의 자화방향을 가지는 자기장을 생성한다. 자화부(10)는 냉연강판의 상부 또는 하부에 위치하도록 배치되며, 자화부(10)에서 생성된 자기장에 의해 냉연강판이 자화된다. The
자화된 냉연강판(20)에서, 자속(magnetic flux)은 내연강판(20)의 내부에 집중되어 통과하고, 그 자속의 일부는 누설된다. 한편, 냉연강판(20)에 균열(1)이나 불순물 또는 공기 구멍 등의 개재물(2)이 있는 경우, 냉연강판(20)의 내부를 통과하는 자속은 균열(1) 또는 개재물(2)에 의하여 섭동(perturb)되어 냉연강판(20)의 외부로 누설된다. In the magnetized cold rolled
자기센서 어레이(30)는 제1 자기센서 어레이(31) 및 제2 자기센서 어레이(32)를 포함하며, 제1 및 제2 자기센서 어레이(31, 32)는 냉연강판(20)에서 일정 거리만큼 리프트 오프(lift off)되어 배치된다. The
제1 자기센서 어레이(31)는 일렬로 배열된 n개의 자기센서를 포함하는데, 각 자기센서는 서로 일정한 간격으로 이격되어 배열된다. 각 자기센서는 자화된 냉연강판(20)의 피측정 영역에서 누설되는 누설자속을 감지하고, 그 누설자속에 상응하는 제1 출력신호를 생성한다.The first
한편, 제1 자기센서 어레이(31)와 동일하게, 제2 자기센서 어레이(31)도 제1 자기센서 어레이(31)와 동일하게 일렬로 배열된 n개의 자기센서를 포함하며, 각 자기센서도 역시 서로 일정한 간격으로 이격되어 배열된다. 제2 자기센서 어레이에서(32)의 각 자기센서 사이의 배열 간격은 제1 자기센서 어레이(31)에서의 배역 간격과 동일하다. 또한, 제2 자기센서 어레이(32)와 제1 자기센서 어레이(31)는 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 위치한다.Meanwhile, similarly to the first
제1 및 제2 자기센서 어레이(31, 32)는 각각 냉연강판(20)의 외부로 누설되는 누설자속을 감지하여 그에 상응하는 값을 출력한다. 냉연강판(20)에 균열(1)이 나 개재물(2)이 존재하는 경우, 냉연강판(20)에서 누설되는 누설자속 세기가 커지거나 불규칙적으로 변동하므로, 누설자속의 세기 분포가 분석되면 냉연강판(20)에 존재하는 개재물이 탐상될 수 있다. The first and second
본 발명에서, 제1 자기센서 어레이(31)와 제2 자기센서 어레이(32)는 그 출력신호의 차동값을 후술할 데이터 처리부(40)로 출력하도록 연결된다.In the present invention, the first
데이터 처리부(40)는 자기센서 어레이(30)에서 제1 자기센서 어레이(31)와 제2 자기센서 어레이(32)의 출력신호의 차동값을 처리하고 분석함으로써 냉연강판에 존재하는 개재물의 존재 여부를 검출한다.The
이송부(50)는 냉연강판(20)을 직선 방향으로 이송함으로써, 자기센서 어레이(30)가 냉연강판(20)의 측정 영역 전체를 스캔할 수 있도록 한다. 이러한 이송부(50)는 냉연강판(20)이 얹혀지는 복수의 구동 롤러 및 이를 정속도로 회전시키는 구동 모터 등으로 구성되며, 냉연강판을 정속도로 직선 이송시킬 수 있는 구성이기만 하면 된다. The
한편, 이송부(50)는 도시한 것과는 상이하게 냉연강판(20)이 아닌 자화부(10)와 센서어레이(30)를 자화방향과 평행한 방향으로 직선 이송시킬 수 있다. 이러한 실시예는 자화부(10)의 양 자극 사이에 배치된 자기센서 어레이(30)와 자화부(10)를 함께 자화방향과 수평한 방향으로 냉연강판(20) 위로 함께 이송하는 실시예이다. 자화부(10)의 자극 내에 배치된 자기센서 어레이(30)가 직선 이송됨으로써, 냉연강판을 전체적으로 스캔할 수 있다.On the other hand, the
상술한 것처럼 이송부(50)는 냉연강판(20)이나 자기센서 어레이(자기센서 어 레이와 자화부가 함께 이송됨)를 직선 방향으로 이송할 수 있으며, 이때 이송방향은 자화부의 자화방향과 평행하거나 직교하는 방향이 될 수 있다. 자화부(10), 자기센서 어레이(31,32), 데이터 처리부(40)에 대한 기능은 후술하도록 한다.As described above, the
도 2(a)와 도 2(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판의 개재물을 탐상하는 장치를 예시하는 도면이다.2 (a) and 2 (b) are diagrams illustrating an apparatus for flaw detection of inclusions in a cold rolled steel sheet according to an embodiment of the present invention, respectively.
도시된 바와 같이 자화부(10)는 요크(yoke, 11)와 코일(12)을 포함하며, 코일로 직류 전원이 인가되어 일방향의 자화방향을 가지는 자기장을 생성한다. 생성된 자기장으로 인하여 냉연강판(20)도 역시 동일한 자화 방향으로 자화된다.As shown, the
제1 자기센서 어레이(31)와 제2 자기센서 어레이(32)를 포함하는 자기센서 어레이(30)는 자화부(20)의 두 자극(magnetic pole) 사이에 배치되며, 냉연강판(20)과는 일정 거리 만큼 이격(lift off)되어 고정 배치된다.The
도 2(b)처럼, 냉연강판(20)의 내부에 개재물(2)이 존재하는 경우 냉연강판(20)의 내부를 통과하는 자속은 균열(1) 또는 개재물(2)에 의하여 섭동(perturb)되어 냉연강판(20)의 외부로 누설된다. 개재물(2)이 없는 경우에는 일정한 양의 누설자속이 존재하지만, 개재물(2)이 존재하는 경우 자속이 더욱 많이 누설된다. 따라서, 자기센서 어레이(30)는 누설자속의 크기 변화량을 분석함으로써 냉연강판(20)의 개재물(2) 존재 여부를 검출할 수 있다. As shown in FIG. 2 (b), when the
도 3(a) 내지 도 3(f)는 각각 누설자속 검출에 의해 개재물을 탐상하는 원리를 설명하는 도면이다. 3 (a) to 3 (f) are diagrams for explaining the principle of flaw detection of inclusions by leak magnetic flux detection, respectively.
도 3(a)는 자화부(10)를 이용하여 냉연강판(20)의 개재물(2)을 검출할 때 발 생하는 자기장 분포를 설명하기 위한 개요도이다. FIG. 3 (a) is a schematic diagram for explaining the magnetic field distribution generated when detecting the
자기센서 어레이(30)와 냉연강판(20)은 일정한 리프트 오프를 가지도록 이격되며, 자화부(10)로는 요크형 자화기(magentizer)가 이용되었다.The
자화방향을 X, 냉연강판(20)의 표면에 수직인 방향을 Z, XZ평면에 수직인 방향을 Y라고 하면, 자기센서 어레이(30)는 Z축 성분의 자기장 세기(HZ)의 크기에 비례하는 출력 신호(VH)를 출력한다. If the magnetization direction is X, the direction perpendicular to the surface of the cold-rolled
본 발명에서 자기센서 어레이(30)를 구성하는 자기센서로는 홀센서 또는 자기저항센서가 이용될 수 있으며, 홀센서와 자기저항센서는 센서 면에 입사되는 자기장의 법선 또는 평면 방향 성분의 크기에 비례하여 전기신호가 출력된다. In the present invention, a magnetic sensor constituting the
도 3(b)는 냉연강판에서 외부로 누설된 누설자속의 자기장 분포를 나타내며, 도 3(c)는 냉연강판에서 개재물에 의해 누설된 누설자속의 자기장 분포를 나타내며, 도 3(d)는 냉연강판에서의 전체적인 자기장 분포를 나타내는 도면이다. Figure 3 (b) shows the magnetic field distribution of the leakage magnetic flux leaked to the outside in the cold rolled steel sheet, Figure 3 (c) shows the magnetic field distribution of the leakage magnetic flux leaked by the inclusions in the cold rolled steel sheet, Figure 3 (d) It is a figure which shows the whole magnetic field distribution in a steel plate.
냉연강판(20)이 자화부(10)에 접근하면, 자속은 강판에 집중되어 통과하고 일부는 냉연강판(20)의 외부로 누설(HZ EXT)된다. 냉연강판(20)을 통과하는 자속은 개재물(INC-1, INC-2, INC-3)에 의하여 섭동(perturb)되어 공기중으로 누설(HZ INC -1, HZ INC-2, HZ INC -3)된다. 따라서, 전체적인 자기장의 분포는 도 3(d)처럼 HZ EXT와 HZ INC -1, HZ INC-2, HZ INC -3가 중첩된 자기장의 분포를 가지게 된다. When the cold rolled
전술한 바와 같이 홀센서와 같은 자기센서는 자기장의 세기에 선형적으로 비례하여 전기신호(VH)를 출력한다. 이때, 누설자속(HINC)의 크기를 크게 할수록 자기센서의 출력(VH INC)도 커진다. 개재물에 의한 누설자속(HINC)을 크게 하기 위해서는 자화력을 크게 해야 하며, 자화력이 커질수록 결과적으로 자화부(10)에 의한 누설자속(HEXT)에 따른 자기센서의 출력(VH EXT)도 커지게 된다. 따라서, 도 3(e)에서 나타낸 것처럼, 자기센서가 자화부(10)에 의하여 포화(VH CRT)되지 않기 위해서 보다 넓은 동작 범위(dynamic range)를 가져야 한다. 또한 자기센서는 개재물에 의한 누설자속을 정밀하게 검출하기 위한 높은 감도를 동시에 가져야 한다.As described above, a magnetic sensor such as a hall sensor outputs an electrical signal V H in linear proportion to the strength of the magnetic field. At this time, as the magnitude of the leakage magnetic flux H INC increases, the output V H INC of the magnetic sensor also increases. In order to increase the leakage magnetic flux (H INC ) by the inclusions, the magnetization force must be increased. As the magnetization force increases, the output of the magnetic sensor according to the leakage magnetic flux (H EXT ) by the magnetization unit 10 (V H EXT). ) Will also grow. Therefore, as shown in FIG. 3E, the magnetic sensor should have a wider dynamic range in order not to be saturated (V H CRT ) by the
본 발명에서는 외부자장의 영향을 최소화하고, 개재물에 의한 누설자속에 의한 자기센서의 출력 신호를 최대화하는 방법을 제공한다. The present invention provides a method of minimizing the influence of an external magnetic field and maximizing the output signal of the magnetic sensor due to leakage magnetic flux by inclusions.
도 3(b)에 도시된 것처럼, 자화부(10)에 의해 일반적으로 누설되는 누설자속의 세기(HZ EXT)는 자극(magnetic pole)의 안쪽에서는 대체로 일정한 경사를 가진다. 따라서, X-방향으로의 미분값(dHZ EXT/dX)는 일정하다. As shown in FIG. 3 (b), the intensity H Z EXT of the leaked magnetic flux generally leaked by the
그러나 개재물에 의한 누설자속의 세기(HZ INC)의 X 방향 미분값(dHZINC/dX)은 일정하지 않으며, 개재물의 크기에 비례하여 그 값이 변화한다. 따라서, 이러한 원 리를 이용하면 외부자장의 영향을 최소화하고 개재물 존재에 의한 누설자속의 신호를 극대화시킬 수 있다. However, the differential value (dH Z I NC / dX) in the X direction of the strength of the leakage magnetic flux H Z INC due to inclusions is not constant, and the value changes in proportion to the size of the inclusion. Therefore, using this principle can minimize the influence of the external magnetic field and maximize the signal of the leakage flux due to the presence of inclusions.
한편, 자기센서 출력의 미분값(dVH/dX)은 다음의 [수학식 1]에서처럼 일반적인 누설자속에 의한 자기센서 출력의 미분(dVH EXT/dX)과 개재물에 따른 누설자속에 의한 자기센서 출력의 미분(dVH INC/dX)과의 합이다. On the other hand, the derivative value (dV H / dX) of the magnetic sensor output is the magnetic sensor due to the leakage flux according to the derivative (dV H EXT / dX) of the magnetic sensor output due to the general leakage flux and the inclusion as shown in [Equation 1] below. Sum of the derivative of the output (dV H INC / dX).
또한, 전술한 것처럼 자화부(10)에 의한 일반적인 누설자속에 의한 자기장의 미분(dVH EXT/dX)은 다음의 [수학식 2]처럼 자극 사이(XPOLE -1과 XPOLE -2의 사이)의 자화 유효 영역에서 거의 일정하며, 바이어스 전압의 도입에 의하여 0에 근사하게 설정될 수 있다. In addition, as described above, the derivative of the magnetic field (dV H EXT / dX) by the general leakage magnetic flux by the
dVH/dX는 다음의 [수학식 3]처럼 인접한 출력 신호 값의 차이로부터 근사화될 수 있다. 여기에서, ΔX란 자기센서 간의 간격 또는 데이터 비교 위치의 공간적 인 거리를 의미한다. dV H / dX can be approximated from the difference of adjacent output signal values as shown in
상기 [수학식 3]으로부터 dVH/dX를 구하기 위해서는 VH의 분포를 저장한 후 계산해야 한다. 따라서 자기센서의 출력(VH EXT)은 자화부(10)에 의한 누설자속(HEXT)의 영향으로 도 3(e)처럼 된다. In order to calculate dV H / dX from
따라서, 본 발명에서는 상기 [수학식 3]에서 표현한 VH(X+ΔX, Y, Z)와 VH(X, Y, Z)의 차이를 구하기 위하여, 후술할 도 3처럼 X+ΔX와 X의 위치에 각각 별도의 자기센서를 설치하고 자기센서의 출력 신호의 차동값을 획득한다. Therefore, in the present invention, in order to calculate the difference between V H (X + ΔX, Y, Z) and V H (X, Y, Z) expressed in
도 4는 본 발명에 따른 자기센서 어레이를 설명하는 도면으로서, 자기센서 어레이(30)는 제1 자기센서 어레이(31)와 제2 자기센서 어레이(32)를 포함한다. 4 is a diagram illustrating a magnetic sensor array according to the present invention, in which the
상술한 것처럼, 제1 자기센서 어레이(31)는 일렬로 배열된 n개의 자기센서(31_1~31_n)를 포함하는데, 각 자기센서(31_1~31_n)는 서로 일정한 간격(M)으로 이격되어 배열된다. 각 자기센서(31_1~31_n)는 자화된 냉연강판(20)에서 누설되는 누설자속을 각각 감지하고, 감지된 누설자속에 상응하는 제1 출력신호를 생성한다. 제1 출력신호는 각 자기센서(31_1~31_n)의 출력신호의 집합이다.As described above, the first
한편, 제1 자기센서 어레이(31)와 동일하게, 제2 자기센서 어레이(31)도 일 렬로 배열된 n개의 자기센서(32_1~32_n)를 포함하며, 각 자기센서(32_1~32_n)도 동일한 간격(M)으로 이격 배열된다. 각 자기센서(32_1~32_n)의 배열 간격(M)은 제1 자기센서 어레이(31)의 배열 간격(M)과 동일하다. 또한, 제1 및 제2 자기센서 어레이(31, 32)는 서로 일정한 간격(L)을 두고 평행하게 배치된다. 각 자기센서(32_1~32_n)는 자화된 냉연강판(20)에서 누설되는 누설자속을 각각 감지하고, 감지된 누설자속에 상응하는 제2 출력신호를 생성한다. 제2 출력신호는 각 자기센서(32_1~32_n)의 출력신호의 집합이다. Meanwhile, similarly to the first
자기센서 어레이(31, 32)에서 각 자기센서 간의 배열 간격(M), 자기센서 어레이 간의 이격 거리(L), 및 자기센서 어레이와 냉연강판 간의 이격(lift off) 거리는 자기센서의 민감도와 특성, 공간분해능, 냉연강판의 특성, 냉연강판이나 자기센서 어레이의 이송 속도/스캔 속도에 따라 적절하게 조정될 수 있다. In the
본 발명에 의하면, 어레이 형태로 배치된 자기센서를 이용하여 냉연강판을 스캔함으로써 냉연강판의 개재물 탐상 속도를 높일 수 있다.According to the present invention, by scanning the cold rolled steel sheet using a magnetic sensor arranged in an array form, it is possible to increase the inclusion inspection speed of the cold rolled steel sheet.
또한, 본 발명에서 제1 자기센서 어레이(31)와 제2 자기센서 어레이(32)는 그 출력신호의 차동값을 후술할 데이터 처리부(40)로 출력하도록 연결된다.In addition, in the present invention, the first
이를 위해 제1 및 제2 자기센서 어레이(31, 32)에서 각 자기센서(31_1~31_n, 32_1~32_n)의 제1 전원단자(a)는 제1 전원라인(VCC)에 연결되고, 제1 및 제2 자기센서 어레이(31, 32)에서 각 자기센서(31_1~31_n, 32_1~32_n)의 제2 전원단자(b)는 접지라인(GND)에 연결된다.To this end, in the first and second
그리고, 제1 자기센서 어레이(31)에서 각 자기센서(31_1~31_n)의 제1 출력단자(c)는 데이터 처리부(40)와 연결되고, 제2 자기센서 어레이(32)에서 각 자기센서 (32_1~32_n)의 제1 출력단자(c)는 데이터 처리부와 연결되며, 제1 자기센서 어레이(31)에서 각 자기센서(31_1~31_n)의 제2 출력단자(d)는 동일한 행에 위치한 제2 자기센서 어레이(32)의 자기센서(32_1~32_n)의 제2 출력단자(d)와 각각 연결된다.The first output terminal c of each of the magnetic sensors 31_1 to 31_n in the first
도 4와 같은 자기센서 어레이(30) 구조에서는 Z-방향으로 아무리 큰 자기장이 발생한다고 하더라도, 자기센서 어레이(30)에서 출력되는 출력신호는 각 자기센서 어레이(31, 32)의 이웃하는 2 개의 센서(31_n, 32_n, 여기서 n은 어레이의 행 번호를 의미함)의 출력신호 차이만이 나타난다. 따라서, 도 3(f)와 같은 결과를 기대할 수 있으며, 본 발명에 따른 자기센서 어레이(30) 구조에서 얻어진 결과는 또한 상기 [수학식 3]의 분자값을 의미한다. In the structure of the
한편 분모값인 ΔX가 증가하면, [수학식 3]의 이론값은 감소하나 실제로는 도 4의 구조에서는 ΔX로 나누지 않아도 되며, 오히려 ΔX로 나누는 과정을 거치면 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 [수학식 3]을 수정하여 다음처럼 표현한다. On the other hand, if the denominator value ΔX increases, the theoretical value of
한편, 다이폴 모델(dipole model)에 의하면 길이 lC, 폭 wC, 깊이 dC인 개재 물로부터의 누설자속은 다음의 [수학식 5]로 표현될 수 있다.On the other hand, according to the dipole model (dipole model), the leakage magnetic flux from the inclusion having a length l C , width w C , depth d C can be expressed by the following [Equation 5].
또한, 자화부의 자극 간격을 wM, 자극의 길이를 lM, 자극의 높이를 dM이라 하면, 자화기에 의한 누설자속 분포는 다음의 [수학식 6]처럼 표현된다.If the magnetic pole spacing is w M , the length of the magnetic pole is l M , and the height of the magnetic pole is d M , the leakage flux distribution by the magnetizer is expressed by Equation 6 below.
한편, 자기센서를 홀센서로 가정하면, 홀전압은 상기 [수학식 5]와 [수학식 6]의 합에 비례한다. 따라서, [수학식 4]는 다음처럼 근사하여 표현될 수 있다.On the other hand, assuming that the magnetic sensor is a Hall sensor, the Hall voltage is proportional to the sum of Equation 5 and Equation 6. Therefore, Equation 4 may be expressed as follows.
여기서, k는 자기센서의 특성(예를 들어, 홀상수) 및 구동조건(예를 들면, 홀입력 전압과 증폭비)을 나타내는 비례상수이다.Here, k is a proportional constant representing the characteristics of the magnetic sensor (e.g., Hall constant) and the driving condition (e.g., Hall input voltage and amplification ratio).
본 발명에 따른 자기센서 어레이(30)는, 냉연강판(20) 또는 자기센서 어레이(30)가 이송되는 경우를 위한 것으로서, 어레이의 숫자를 더 증가시킬 필요가 없다. 또한 웨이퍼 상에서 배열된 홀센서를 도 4처럼 연결하고, 각 홀센서의 간격(M) 을 축소할수록 공간분해능이 높아진 결과를 얻을 수 있다.The
본 발명에 따른 개재물 탐상 장치는 도 4처럼 2열의 자기센서를 평행하게 배치하고, 그 출력신호의 차동값을 증폭함으로써, [수학식 7]의 dVH/dX 분포를 얻을 수 있다. 본 발명에 따르면, 대형 자화기 사용에 의하여 외부 자기장의 세기가 결함이나 개재물의 존재에 기인한 누설자속보다 월등히 큰 경우, 증폭하기 전에 인접한 영역 간의 자기장의 세기를 검출할 수 있으므로, 외부 자기장의 세기에 대한 영향을 축소할 수 있는 효과가 있다. In the inclusion inspection device according to the present invention, as shown in FIG. 4, by arranging two magnetic sensors in parallel and amplifying the differential values of the output signals, the dV H / dX distribution of Equation 7 can be obtained. According to the present invention, when the intensity of the external magnetic field is significantly greater than the leakage magnetic flux due to the presence of defects or inclusions by using a large magnetizer, the strength of the external magnetic field can be detected before the amplification can be detected. There is an effect that can reduce the effect on.
도 5는 데이터 처리부를 설명하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a data processing unit.
도 5를 참조하면, 데이터 처리부(40)는 필터(41)를 포함하는 증폭부(41), AD(analog to dogital) 변환부(43), 및 연산처리부(44)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the
증폭부(41)는 상기에서 설명한 제1 출력신호 및 제2 출력신호의 차동값을 증폭하는 역할을 하며, 필터(41)는 제1 출력신호 및 제2 출력신호의 차동값을 필터링하는 역할을 한다. 필터링 및 증폭은 서로 순서가 뒤바뀌어도 무관하다. The
AD 변환부(43)는 증폭부(41)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 한다. The
한편, 연산처리부(44)는 AD 변환부(43)의 출력 신호에 기초하여 냉연강판에서 누설되는 누설자속의 세기 분포를 정량적으로 수치화하고, 수치화한 데이터를 화상으로 출력한다. 또한, 연산처리부(44)는 냉연강판의 각 위치에서 발생되는 제1 및 제2 출력신호의 차동값의 미분값을 연산하고, 그 연산된 미분값을 수치화하고 그 수치화한 데이터를 화상으로 출력할 수 있다. 데이터 처리부(40)는 상기 수치화한 데이터를 분석함으로써 최종적으로 냉연강판에서 결함을 포함하는 개재물의 존재를 검출해낼 수 있다,On the other hand, the
도 6a 내지 도 6d는 자기센서 어레이와 자화방향이 이루는 각도 및 스캔 방향을 나타낸 도면이다.6A to 6D illustrate angles and scan directions formed between the magnetic sensor array and the magnetization direction.
도 6a는 자기센서 어레이(30)의 배열 방향이 스캔 방향과 수직이 되게 한 상태에서 자화방향과 수평인 방향으로 냉연강판을 스캔하는 경우를 예시하고, 도 6b는 자기센서 어레이(30)의 배열 방향이 스캔 방향과 특정 각도를 이루는 상태에서 자화방향과 수평인 방향으로 냉연강판을 스캔하는 경우를 예시하고, 도 6c는 자기센서 어레이(30)의 배열방향이 스캔 방향과 수직이 되게 한 상태에서 자화방향과 수직인 방향으로 스캔하는 경우를 예시하며, 도 6d는 자기센서 어레이(30)의 배열방향이 스캔 방향과 특정 각도를 이루는 상태에서 자화방향과 수직인 방향으로 스캔하는 경우를 각각 예시한다.FIG. 6A illustrates a case in which the cold rolled steel sheet is scanned in a direction parallel to the magnetization direction while the arrangement direction of the
도 6a 내지 6d에서 화살표(35)는 자기센서 어레이(30)의 배열 방향을 의미하고, 화살표(36)는 스캔 방향을 의미한다. 예를 들어, 도 6a는 자기센서 어레이(30) 또는 냉연강판(20)이 이송부에 의해 자화방향과 평행하게 이송되는 것을 나타낸다.6A to 6D, the
차동 증폭된 자기센서 어레이(30)의 출력은 AD변환부(43)에 의해 저장되고, 영상화 및 냉연강판의 해석에 이용된다. 한편, XYZ 좌표계와 구별하기 위하여 별도의 좌표계 xyz를 도입한다. 냉연강판의 평면에 수직인 Z-방향은 z-방향과 동일하나, H-scan, V-scan, G-scan에서 각각의 스캔 방향이 x-방향이 된다. 따라서, H- scan에서 x-방향은 X-방향을 의미하며, V-scan 및 G-scan에서 x-방향은 Y-방향을 의미한다. [수학식 4]는 다음처럼 수정될 수 있다. The output of the differentially amplified
본 발명에 따르면, 자기센서 어레이(30)의 출력신호 자체가 dV/dx를 의미하므로, 개재물 또는 결함의 존재에 기인한 누설자속의 정보만을 효율적으로 추출할 수 있다. 또한 자기센서 어레이(30)의 출력신호를 스캔 방향으로 다시 미분함으로써 센서 간 바이어스 전압의 오차를 줄일 수 있으며, 이를 다음의 수학식 처럼 d2VH/dx2로 표현한다.According to the present invention, since the output signal itself of the
본 발명에서 자기센서 어레이(30)를 스캔 방향과 특정 각도를 이루도록 기울이고 GH-scan하게 되면, 공간분해능은 센서 간 간격에 의지하기 때문에 향상되지만 측정영역은 더 좁아진다.In the present invention, when the
한편, 데이터 처리부(40)의 연산처리부(44)는 미분한 값인 d2VH/dx2 영상의 픽셀을 일정 면적으로 다음의 [수학식 13]처럼 적분할 수 있다. On the other hand, the
[수학식 13]은 이동 평균과 같은 저대역 통과 필터의 효과를 가지며, 잡음 제거 효과를 소프트웨어적으로 구현할 수 있다. 결과적으로 개재물에 관한 정보만을 추출할 수 있다. Equation (13) has the effect of a low pass filter such as a moving average, and can implement a noise canceling effect in software. As a result, only information about inclusions can be extracted.
이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be construed in accordance with the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents and equivalents thereof should be construed as being covered by the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판의 개재물을 탐상하는 장치를 설명하는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 illustrates an apparatus for flaw detection of inclusions in a cold rolled steel sheet according to an embodiment of the present invention.
도 2(a)와 도 2(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판의 개재물을 탐상하는 장치를 예시하는 도면.2 (a) and 2 (b) each illustrate an apparatus for flaw detection of inclusions in a cold rolled steel sheet according to an embodiment of the present invention.
도 3(a) 내지 도 3(f)는 각각 누설자속 검출에 의해 개재물을 탐상하는 원리를 설명하는 도면.3 (a) to 3 (f) are diagrams for explaining the principle of flaw detection of inclusions by leak magnetic flux detection, respectively.
도 4는 본 발명에 따른 자기센서 어레이를 설명하는 도면.4 illustrates a magnetic sensor array in accordance with the present invention.
도 5는 데이터 처리부를 설명하는 도면.5 is a diagram illustrating a data processing unit.
도 6a 내지 도 6d는 자기센서 어레이와 자화방향이 이루는 각도 및 스캔 방향을 나타낸 도면.6a to 6d are views illustrating angles and scan directions formed between the magnetic sensor array and the magnetization direction;
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