KR101091343B1 - 박강판의 결함 탐상 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박강판의 결함 탐상 방법 및 장치에 관한 것으로서, 박강판의 내부 또는 표면의 결함을 탐상하기 위해 탐상 장치는 주행되는 박강판이 휘감겨 지나가도록 구동되는 롤; 상기 박강판의 압연방향에 일정한 각도로 자화하는 다수의 전자석을 갖는 자화기; 상기 전자석의 극간 중앙에 형성되어 상기 박강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함에 의한 누설자속을 검출하는 다수의 센서들을 가지는 검출부; 및 상기 검출부로부터 검출된 누설 자속에 대한 정보를 이용하여 상기 박강판의 결함을 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이로 인해 박강판 내부의 결함을 검출할 수 있으므로 검출 결과를 토대로 생산 공정의 조업 기준을 적정화할 수 있으며, 고객사의 원소재 결함으로 인한 소성가공 불량을 감소할 수 있다.

박강판, 결함, 탐상 장치, 자화기, 전자석, 검출부, 센서, 센서 구동부, 전자석 구동부, 제어부, 누설자속.

Description

박강판의 결함 탐상 방법 및 장치{Defect inspection apparatus and method of steel sheet}

본 발명은 고속으로 생산되는 강판의 품질 평가에 관한 것으로서, 특히 고속으로 주행중인 박강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함을 탐상하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

박강판 결함은 용도에 따라 그 정의가 달라질 수 있겠지만, 일반적으로 모재와 비교했을 때 기계적 성질, 조직 및 형상 등 그 물리적 특성이 차이가 있는 부분을 결함이라고 한다.

종래에 박강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함을 탐상하기 위해 여러 방법이 시도되고 현재 일부 방법들은 생산라인에 적용되고 있다. 이러한 종래의 방법 중 광학적인 방법은 강판의 표면에 존재하고, 육안으로 식별이 가능한 결함만을 검출할 수 있다. 그러나 광학적 방법은 내부 결함을 검출하는 데 사용할 수 없다.

또한, 종래의 박강판의 결함을 탐상하기 위한 방법으로는 전자기적 방식, 초음파 방식, 열방식 및 방사선 방식 등이 있다.

상기 전자기적 방식은 대상재를 자화시켜 와전류 또는 누설자속을 발생하여 내부 결함에 의한 와전류 또는 누설자속의 전자기적 특성값 신호의 변환을 이용하여 해당 내부 결함을 검출하는 방식이다.

상기 초음파 방식은 대상재의 내부로 초음파(종파, 횡파, 유도초음파, 전자기초음파, 레이저 음파 등)를 발진시켜 강판에 존재하는 내부결함에 의한 초음파의 진행방향 및 각도의 변화를 이용하여 해당 내부결함을 검출하는 방식이다.

상기 열 방식은 대상재의 자체 발열 또는 외부에서 인가된 열에 의해 온도분포 또는 열 전도도를 검출하고, 내부 결함의 여부에 따른 온도변화 또는 열 전도도의 변화를 이용하여 해당 내부결함을 검출하는 방식이다.

상기 방사선 방식은 대상재에 방사선을 조사하고 대상재를 통과한 방사선의 세기를 검출하며, 대상재 내부의 결함의 존재 여부에 따라 방사선 세기를 변화시킨 후 해당 결함을 검출하는 방식이다.

이와 같은 종래의 방법들 중 상기 초음파 방식은 상대적으로 약간 두꺼운 대상재에 대하여 적용하기에 용이하며, 실제 후판의 내부에 존재하는 결함의 탐상을 위해 종파의 초음파를 사용하는 설비가 운용 중에 있다. 그러나 열연재의 경우에는 판파의 초음파를 이용하여 상대적으로 큰 결함을 탐상하는 설비가 일부 적용되고 있으나 생산재의 품질이 높아짐에 따라 그 탐상 능력이 낮아지게 되므로 상기 초음파 방식은 활용성이 떨어지게 된다.

한편, 박강판의 경우에는 대상재의 통판 속도가 높고, 강판에 존재하는 결함의 크기가 작기 때문에 주로 누설자속법이 많이 적용하며, 현재 일부 공정에서 활 용하고 있다.

그러나 종래의 설비는 구조의 복잡성을 피하고, 센서의 수를 줄이기 위하여 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 강판의 압연 방향(강판의 길이 방향)으로 자화하고, 센서는 폭 방향으로 일렬 또는 다수열로 배치하였다. 그러나 이러한 설비로는 압연 방향으로 길게 늘어진 결함을 검출할 수 없게 된다. 따라서 종래의 누설자속 탐상 방법은 점의 특성이나 폭 방향의 긴 긁힌 흠 등을 검출할 뿐, 결함의 압연 방향 길이 특성을 검출하지 못하므로 실제 가공에 큰 영향을 미치는 큰 결함을 검출하지 못한다.

통상의 박판제품은 제강공정에서 유입된 산화물성 개재물이 압연과정에서 강판 내부에 길게 흩어져 분포하므로 결함의 길이 특성정보를 아는 것이 매우 중요하다. 또한, 탐상기의 검출 신호는 결함의 길이 정보에 크게 상관성을 가져야 제품의 품질을 평가하고 등급을 관리하는데 잘 활용할 수 있다.

그러나 종래의 탐상기는 결함의 길이 특성을 전혀 알 수 없을 뿐만 아니라 압연 방향의 긴 결함에 대해서는 검출 능력이 떨어지게 된다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 롤의 수직방향으로 미리 설정된 각도만큼 기울진 전자석 극이 번갈아 형성된 자화기를 형성하고, 자화기의 자화 방향이 압연방향과 일정한 각도(자화각)로 자화시키고, 센서를 자화기의 전자석 극 사이에 배치하여 누설자속 신호를 검출하기 위한 박강판의 결함 탐상 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기 이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 박강판의 결함 탐상 장치는, 주행되는 박강판이 휘감겨 지나가도록 구동되는 롤; 상기 박강판의 압연방향에 일정한 각도로 자화하는 다수의 전자석을 갖는 자화기; 상기 전자석의 극간 중앙에 형성되어 상기 박강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함에 의한 누설자속을 검출하는 다수의 센서들을 가지는 검출부; 및 상기 검출부로부터 검출된 누설 자속에 대한 정보를 이용하여 상기 박강판의 결함을 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 박강판의 결함 탐상 장치에서의 박강판의 결함 탐상 방법은, 박강판이 휘감고 지나가는 롤을 구동시키는 단계; 상기 박강판의 압연방향에 일정한 각도로 자화하는 전자석에 전류를 인가하는 단계; 다수의 센서들을 통해 상기 전자석으로부터 상기 박강판의 결함에 의해 누설되는 누 설 자속을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 누설 자속에 대한 정보를 분석하여 분석된 결과를 통보하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 박강판 내부의 미세한 산화성 개재물과 기포, 크랙, 작물성 변화부분 등의 결함을 검출할 수 있으므로 검출 결과를 토대로 생산 공정의 조업 기준을 적정화할 수 있으며, 고객사의 원소재 결함으로 인한 소성가공 불량을 감소할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예에서는 강판(박강판)을 압연 시 발생하는 내부 또는 표면에 존재하는 결함을 탐상하기 위한 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다. 우선, 박강판의 결함을 탐상하는 장치(이하, 탐상 장치라 칭함)의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박강판의 결함을 탐상하는 탐상 장치의 개략적인 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 탐상 장치에서 전자석의 구체적인 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 전자석의 일부 영역에서 전자석 극간의 자화방향을 보여주기 위한 도면이다.

상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 탐상 장치(100)는 롤(110), 자화기(120), 검출부(130), 센서 구동부(140), 전자석 구동부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성할 수 있다.

롤(110)은 박강판(10)이 휘감고 지나가도록 구동되며, 자화기(120)와 자화기(120)의 전자석 N극(121a) 및 S극(121b) 사이에 형성된 센서(130)와 일정한 간격을 유지한다.

자화기(120)는 하부영역에 전자석 극들(121a, 121b)이 번갈아 상기 롤(110)의 수직방향으로 일정한 각도만큼 기울어져 형성되며, 상부영역은 상기 전자석 극들(121a, 121b)을 연결시켜주는 형태로 형성되어 전자석 극(121a, 121b)간의 상부 영역은 코일(전선)들(122)을 감아준다. 여기서 각 코일(122)에 서로 반대로 전류를 흘려 N극(121a) 및 S극(121b)을 형성함으로써, 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전자석 극들(121a, 121b)이 자화방향(N극에서 S극)으로 자화된다.

또한, 첨부된 도 5에 도시된 바와 같이, 자화기(120)의 하부 영역의 전자석 극(121a, 121b)들은 서로 일정 거리만큼 이격되고, 압연방향(수직방향)에서 θ만큼 기울어져 박강판(10)이 롤(110)이 접하는 경계선(A)까지 나선형 형태로 형성된다. 여기서 상기 θ 값은 45도~90도 사이의 각도로 설정할 수 있다. 박강판(10)에 길이 결함에 수직으로 자화하는 경우, 결함에 의한 누설 자속 신호의 크기가 가장 크고, 약 45도가 되면 신호의 크기가 절반 이하로 떨어지게 되며, 설비의 단순화 입장에 서는 각도가 작으면 유리하나 작은 각도는 누설 자속을 검출하는 센서의 신호 처리부분에 더 부담을 가하게 된다. 따라서 상기 θ 값은 45도~90도 또는 -45도 -90도 사이의 각으로 설정하는 것이 바람직하다.

검출부(130)는 상기 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전자석의 극들(121a, 121b) 사이에 센서(131)를 형성하고, 이렇게 형성된 센서들(131)을 통해 결함에 의한 누설자속을 검출한다. 또한, 검출부(130)의 다수의 센서들은 배열 곡률을 전자석의 곡률에 비해 +/- 5mm 범위 이내가 되도록 형성된다. 따라서 이렇게 센서들이 형성됨으로써 판파단이나 간판의 형상불량에 의한 센서의 파손 위험을 방지할 수 있게 된다. 또한, 검출부(130)는 박강판(10)과의 간격을 검출하고자 하는 결함의 크기에 따라 센서들의 간격이 조절되어 형성된다. 여기서 그 간격 범위는 예를 들어 0.1 ~ 5mm로 할 수 있다.

전자석 구동부(150)는 자화기(120)의 각 코일(122)에 전류를 인가하여 전자석이 자화되도록 하며, 자화기(120)와 롤(110) 간의 높이를 조절한다. 여기서 자화기(120)의 높이는 예를 들어 200mm가 되도록 구현할 수 있다.

센서 구동부(140)는 검출부(130)에 전류를 인가하여 구동시키고, 검출부(130)의 센서들(131)과 롤(110) 간의 높이를 조절하며, 전자석을 지지하는 기구부(도시되지 않음)에 부착되어 자화기(120)가 구동될 때 검출부(130)와 같이 구동되며, 상기 높이는 예를 들어 50mm가 되도록 구현할 수 있다.

제어부(160)는 상기 검출부(130)의 각 센서들(131)을 통해 검출된 누설 자속에 대한 정보들을 수신하여 검출부(130)로부터 수신된 누설 자속에 대한 정보를 이 용하여 박강판(10)의 결함을 확인 및 분석하고, 분석된 결과를 작업자에게 표시부(도시되지 않음)를 통해 통보한다.

그러면 이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 탐상 장치에서 박강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함을 탐상하기 위한 방법을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 탐상 장치에서 박강판의 결함을 탐상하기 위한 방법을 도시한 도면이다.

박강판(10)이 휘감고 지나가도록 롤(110)을 형성하고, 박강판(10)의 압연방향과 자화기(120)를 수직방향으로 일정한 각도(θ)만큼 기울여서 설치한다. 상기 자화기(120)의 전자석 극(121a, 121b) 사이에는 상기 센서들(131)을 설치한다.

이후, 롤(110)을 구동시키면, 박강판(10)은 롤(110)을 휘감고 지나간다. 이때, 자화기(110)의 코일(122)에 전류를 인가하여 상기 도 4에 도시된 바와 같이 각 전자석 극들(121a, 121b)을 자화방향으로 자화시킨다.

이에 따라 상기 도 5를 참조하면, 201단계에서 탐상 장치(100)는 제어부(160)를 통해 박강판(10)이 주행되는지를 확인하여 주행되는 경우, 202단계에서 센서 구동부(140) 및 전자석 구동부(150)를 통해 각각 센서 및 전자석의 높이를 조절한다.

이후, 203단계에서 탐상 장치(100)는 검출부(130)의 다수의 센서들(131)을 통해 전자석(120)으로부터 누설되는 누설자속을 검출하여 검출된 누설자속 정보를 제어부(160)로 전송한다. 이에 따라 204단계에서 탐상 장치(100)는 제어부(160)를 통해 수신된 누설자속 정보를 이용하여 박강판(10)의 결함을 분석하고, 분석된 결과를 표시부(도시되지 않음) 등을 통해 작업자에게 통보한다.

한편, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 전자석 극들(121a, 121b) 또는 센서(131)와 압연 방향이 이루는 각도(θ)에 따라 센서(131)의 배열은 전체 강판의 폭을 한 번에 탐상할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 라인상에서 다른 위치에 놓인 롤에 동일한 탐상 장치를 설치하되, 센서 및 전자석의 강판 폭 방향 위치를 조정하여 전 강판을 탐상할 수 있도록 한다. 이러한 경우 센서의 간격(D)을 크게 하더라도 실제 결함을 탐상하는 폭 방향 간격 즉 센서(131)와 전자석 극(121a 또는 121b)의 간격(d=Dsinθ)은 사인 신호(sin θ)로 상기 센서의 간격(D)보다 작게 되어 결함을 노칠 염려가 적으며, 여러 채널의 센서 신호를 종합하여 이미지로 결함을 분리하는 신호처리에 유리한 정보를 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 탐상장치의 자화기는 방강판이 주행되는 다른 롤들에서도 형성될 수 있으며, 상기 각 롤들에 형성되는 자화기의 설치 위치를 변화를 주어 즉, θ값을 다르게 형성하여 센서와 전자석 극의 간격(d=Dsinθ)으로 인해 검출이 누락된 영역을 다른 롤에 형성된 자화기를 통해 검출할 수 있도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래의 박강판의 결함을 탐상하는 탐상 장치의 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박강판의 결함을 탐상하는 탐상 장치의 개략적인 구조를 도시한 도면이고,

도 3은 도 2의 탐상 장치에서 전자석의 구체적인 구조를 도시한 도면이고,

도 4는 도 3의 전자석의 일부 영역에서 전자석 극간의 자화방향을 보여주기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자화기의 전자석 극과 센서 사이의 간격 및 자화기의 형성 각도(θ)를 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 탐상 장치에서 박강판의 결함을 탐상하기 위한 방법을 도시한 도면.

Claims (8)

1. 주행되는 박강판이 휘감겨 지나가도록 구동되는 롤;

   상기 박강판의 전자석 극들을 번갈아 형성하고, 상기 전자석 극들을 연결하는 상부 영역에 코일을 감아 압연방향의 수직방향으로 일정한 각도로 기울어지게 형성된 자화기;

   상기 자화기의 하부영역의 전자석 극들 사이에 형성되어 상기 박강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함에 의한 누설자속을 검출하는 다수의 센서들을 가지는 검출부; 및

   상기 검출부로부터 검출된 누설 자속에 대한 정보를 이용하여 상기 박강판의 결함을 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전자석을 구동시키고, 높이를 조절하는 전자석 구동부; 및

   상기 다수의 센서들을 구동시키고, 높이를 조절하는 센서 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 전자석은 상기 박강판이 상기 롤과 접하는 경계선까지 비스듬히 휘감은 형태로 형성됨을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 다수의 전자석은 압연방향에 45도 내지 90도 또는 -45도 내지 -90도 사이의 일정 각도로 자화됨을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 자화기는 상기 코일에 서로 다른 전류가 흘러 한 전자석 극(N극)에서 다른 전자석 극(S극)으로의 자화방향이 인접한 또 다른 전자석 극(S극)으로 자화방향과 180도 다르게 번갈아 자화함을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 센서들은 각각 곡률을 상기 다수의 전자석의 곡률보다 작게 설정하여 형성함을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치.
7. 박강판이 휘감고 지나가는 롤을 구동시키는 단계;

   압연방향의 수직방향으로 일정한 각도로 기울어지게 형성된 자화기를 자화시키는 단계;

   다수의 센서들을 통해 상기 자화기로부터 상기 박강판의 결함에 의해 누설되는 누설자속을 검출하는 단계;

   상기 검출된 누설자속에 대한 정보를 분석하여 분석된 결과를 통보하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치에서의 박강판의 결함 탐상 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 다수의 센서들 및 상기 자화기의 높이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박강판의 결함 탐상 장치에서의 박강판의 결함 탐상 방법.

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