KR101143054B1 - 강판의 강도 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판의 강도 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 특히 강판 생산공정상에서 온라인으로 강판의 자기적 특성을 측정하여 강판의 강도를 도출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 강판의 강도 측정장치는, 일단과 타단이 서로 대칭으로 형성되어 있는 요크 코어; 상기 요크 코어의 일 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 정현파 전류가 흐를 때 상기 요크 코어에 정현파 자기장을 발생시키는 자화코일; 상기 요크 코어의 타 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 상기 정현파 자기장에 의한 자속밀도를 검출하는 검출코일; 및 상기 자화코일에 흘려준 정현파 전류와 상기 검출코일에서 검출된 강판의 자속밀도에 의한 전압으로부터 강판의 보자력을 측정하고, 상기 측정된 강판의 보자력을 이용하여 강판의 보자력과 강판의 강도의 기 설정된 관계로부터 상기 강판의 강도를 구하는 강도 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

강판, 강도, 자화코일, 검출코일, 보자력

Description

강판의 강도 측정장치 및 측정방법{Apparatus and method for measuring the strength of quality of steel plate}

본 발명은 강판의 강도 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 특히 강판 생산공정상에서 온라인으로 강판의 자기적 특성을 측정하여 강판의 강도를 도출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

강판의 강도에는 인장강도, 항복강도 등이 있으며, 강판의 핵심 품질조건 중의 하나로서 생산 중에 중요하게 관리되고 있으나, 재질의 최종검사는 전장 코일에서 채취한 한 개의 시편을 이용하여 오프라인으로 테스트하여 전체 코일의 재질을 대표하여 고객사에 전달한다. 시편 채취부위는 코일의 선단 또는 후단 부위에 해당하고 재질의 편차가 많이 발생하는 부위로서 이 부분의 재질값이 전장의 재질을 보증하기에는 무리가 많기 때문에, 온라인 전장 재질측정기술의 적용이 요구되어 왔다. 그리고, 공정상에서 재질의 변화를 피드백(feedback)하여 재질 제어를 시행하여 제품의 재질불량을 최소화하기 위한 요구가 증대되고 있다. 오프라인으로 인장시험을 통하여 재질의 특성을 측정하는 방법은 널리 알려져 있지만, 이 방법은 온라인 상에 적용할 수 없는 파괴적인 방법이다.

도 1은 종래의 시간에 따른 상대 잔류자장의 크기를 나타낸 그래프이다. 온라인으로 재질의 특성을 측정하는 기술로서 도 1과 같이 임펄스(impulse) 자장을 가하여 상대 잔류자기를 측정하는 방법이 상용화되어 있다. 이 방법은 시간이 경과하면서 강판(10)이 화살표로 표시된 이송방향으로 이송됨에 따라 자화코일(20)과 검출코일(30)에서 잔류자장이 발생하는 원리를 이용한 것이다.

이 기술은 강판(10)에서 센서까지의 간격이 작아 강판(10)의 진동이나 형상에 측정값의 영향이 크고 센서의 파손위험이 높은 방법이기 때문에 온라인상에서 적용하기에는 제약조건이 많다. 온라인으로 재질의 특성을 측정하기 위해서는 강판(10)의 다양한 형상이나 진동에도 안정된 측정값을 얻을 수 있게 하는 방안이 필요하지만, 아직까지는 이러한 방안이 제시되지 않고 있다.

본 발명은 강판 생산공정상에서 강판의 형상이나 진동에 영향을 적게 받을 뿐만 아니라 안정된 강판의 강도 측정값을 얻을 수 있게 하는 강판의 강도 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은, 일단과 타단이 서로 대칭으로 형성되어 있는 요크 코어; 상기 요크 코어의 일 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 정현파 전류가 흐를 때 상기 요크 코어에 정현파 자기장을 발생시키는 자화코일; 상기 요크 코어의 타 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 상기 정현파 자기장에 의한 자속밀도를 검출하는 검출코일; 및 상기 자화코일에 흘려준 정현파 전류와 상기 검출코일에서 검출된 강판의 자속밀도에 의한 전압으로부터 강판의 보자력을 측정하고, 상기 측정된 강판의 보자력을 이용하여 강판의 보자력과 강판의 강도의 기 설정된 관계로부터 상기 강판의 강도를 구하는 강도 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 요크 코어는 C의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 강판의 보자력과 상기 강판의 강도의 기 설정된 관계는 선형의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 요크 코어의 일 부위의 둘레를 둘러싸고 있는 자화코일에 정현파 전류를 흘려 상기 요크 코어에 정현파 자기장을 발생시키는 단계; 강판이 상기 요크 코어의 일단과 타단 사이로 통과할 때 상기 요크 코어에 발생된 정현파 자기장이 강판을 통과하는 단계; 상기 강판을 통과한 정현파 자기장에 의한 자속밀도를 검출하는 단계; 상기 자화코일에 흘려준 정현파 전류와 상기 강판의 자속밀도에 의한 전압으로부터 강판의 보자력을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 강판의 보자력을 이용하여 강판의 보자력과 강판의 강도의 기 설정된 관계로부터 상기 강판의 강도를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강판의 보자력을 측정하는 단계는, 상기 자화코일에 흘려준 정현파 전류로부터 자기장의 세기를 구하는 단계; 상기 전압으로부터 자속밀도를 구하는 단계; 및 상기 자속밀도가 0인 경우의 자기장의 세기를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 강판 생산공정상에서 강판의 형상이나 진동에 영향을 적게 받음으로써 현장 적용성과 정비성을 갖을 수 있게 할 뿐만 아니라 온라인으로 안정적인 강판의 측정값을 얻을 수 있게 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2는 본 발명의 강판의 강도 측정장치의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 강판의 강도 측정장치는 오실레이터(100), 전류증폭기(200), 요크 코어(300), 자화코일(400), 검출코일(500), 전압측정기(600), 강도측정부(700)를 포함할 수 있다.

오실레이터(100)로부터 발생된 정현파 신호는 전류증폭기(200)를 통하여 정현파 전류(i)로 증폭된다. 자화코일(400)은 일단과 타단이 서로 대칭으로 형성되어 있는 요크 코어(300)의 일 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 전류증폭기(200)를 통하여 증폭된 정현파 전류(i)가 흐를 때 수학식 1과 같이 요크 코어(300)에 정현파 자기장을 발생시킨다. 강판(10)이 요크 코어(300)의 일단과 타단 사이로 통과할 때, 정현파 자기장이 강판(10)을 통과하게 되어 자속(

)을 생성하게 된다.

여기서, N은 자화코일(300)의 권선수이고, H는 정현파 자기장의 세기이며, l 은 자로의 길이이다.

강판(10)을 통과한 자속(

)과 요크 코어(300) 내부의 자속밀도(B)는 수학식 2와 같은 관계를 갖는다.

여기서, A는 요크 코어(300)의 단면적이다.

실제로, 매질의 자기적 특성을 반영하면, 정현파 자기장의 세기(H)와 자속밀도(B) 사이에는 수학식 3과 같은 관계식이 성립한다.

여기서,

= 매질의 투자율

이상적인 경우에, 자속밀도(B)는 자기장의 세기(H)에 비례하게 된다. 그러나, 대부분의 매질에는 자기포화 현상이 있기 때문에, 자기장의 세기(H)가 작은 값 을 가질 경우에 자속밀도(B)는 자기장의 세기(H)에 비례하는 값을 갖지만, 자기장의 세기(H)가 커질수록 매질은 자기포화되므로 자속밀도(B)는 더 이상 비례적으로 증가하지 않고 포화된다. 따라서, 교류자장이 가해질 경우에 매질은 자기이력(hysteresis) 특성에 의해 도 3과 같은 B-H 관계곡선을 가지게 되는데, 이 곡선을 자기이력곡선(magnetic hysteresis curve)이라고 한다. 여기서, 매질이라 함은 코어와 강판(10)을 말하는데, 코어는 자기적 특성이 아주 우수한 재질을 사용하기 때문에 대부분의 자기이력특성은 강판(10)의 특성에 의한 것이라고 할 수 있다.

검출코일(500)은 요크 코어(300)의 타 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 정현파 자기장에 의한 자속밀도(B)를 검출한다. 검출된 자속밀도(B)는 전압측정기(600)에 의해 전압신호로 변환되어 측정된다. 전압측정기(600)에 의해 측정된 전압신호는 수학식 4와 같은 관계식으로 표현된다.

여기서, n은 검출코일(600)의 권선수이고, v는 전압측정기(600)에 의해 측정된 전압이며, t는 시간이다.

강도측정부(700)는 자화코일(400)에 흘려준 정현파 전류(i)와 검출코일(500) 에서 검출된 강판(10)의 자속밀도(B)에 의한 전압(v)으로부터 강판(10)의 보자력 (H_C)을 측정하고, 측정된 강판(10)의 보자력(H_C)을 이용하여 강판(10)의 보자력(H_C)과 강판의 강도의 관계로부터 강판(10)의 강도를 구한다. 강도측정부(700)가 강판(10)의 보자력(H_C)을 측정하는 방법은, 수학식 1을 통하여 자화코일(400)에 흘려준 정현파 전류(i)로부터 자기장의 세기(H)를 구하고, 수학식 4를 통하여 검출코일(500)에서 검출된 전압(v)으로부터 자속밀도(B)를 구하여, 자속밀도(B)가 0인 경우의 자기장의 세기(H)를 구하는 것이다.

자기장의 세기(H)와 자속밀도(B)의 크기로부터 자속밀도가 0일 때의 자기장의 세기를 보자력(H_C)이라고 하는데, 이 값은 강판(10)의 중요한 자기적 특성 중의 하나로서 강판(10)의 재질의 특성과 상관관계가 있다. 강판(10)의 자기적 특성 중에서 보자력(H_C)의 크기는 수학식 5와 같이 강판(10) 내부의 평균 입경(D)에 반비례하고, 수학식 6과 같이 전위밀도(N)의 제곱근에 비례한다.

여기서, D는 평균입경이다.

여기서, N은 전위밀도이다.

일반적으로, 강판(10)은 강판(10) 내부의 평균 입경(D)이 작을수록 강도가 커지게 되고, 전위밀도(N)가 클수록 강도가 커지게 된다. 따라서, 보자력(H_C)은 강판의 강도에 거의 비례한다고 할 수 있다. 측정된 보자력(H_C)과 인장시험 결과와의 관계식을 만들어 온라인에서 측정된 보자력(H_C)으로부터 강판의 강도를 구할 수 있다.

본 발명의 강판의 강도 측정장치를 이용하여 강판의 강도를 측정하는 방법은 아래와 같다.

먼저, 요크 코어(300)의 일 부위의 둘레를 둘러싸고 있는 자화코일(400)에 정현파 전류를 흘려 요크 코어(300)에 정현파 자기장을 발생시킨다.

이후에, 강판(10)이 요크 코어(300)의 일단과 타단 사이로 통과할 때 요크 코어(300)에 발생된 정현파 자기장이 강판(10)을 통과한다.

이후에, 검출코일(500)이 강판(10)을 통과한 정현파 자기장에 의한 자속밀도를 검출한다.

이후에, 강도 측정부(700)가 자화코일(400)에 흘려준 정현파 전류와 강판(10)의 자속밀도에 의한 전압으로부터 강판(10)의 보자력을 측정한다.

이후에, 강도 측정부(700)가 측정된 강판(10)의 보자력을 이용하여 강판(10)의 보자력과 강판(10)의 강도의 기 설정된 관계로부터, 강판(10)의 강도를 구한다.

도 4는 본 발명의 측정된 보자력과 인장강도와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4에서 그래프 내의 점 색깔은 강판의 강종을 구분하는 것으로 오른쪽으로 갈수록 높은 강도의 강종이다. 강판의 보자력(H_C)에 대한 인장시험의 인장강도의 관계식은 강종별로 선형 관계식을 도입함으로써, 강판의 보자력(H_C)으로부터 인장강도를 구할 수 있음을 보여준다. 또한, 항복강도, 연신율과 같은 다른 재질의 특성값들도 같은 방법으로 구할 수 있다.

그리고, C의 형상을 갖는 요크코어는 자화량을 높이면 강판으로부터 상당한 간격을 두고도 기능을 유지할 수 있기 때문에 강판의 형상과 진동에 영향을 적게 받아 높은 현장 적용성과 정비성을 가질 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 종래의 시간에 따른 상대 잔류자장의 크기를 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명의 강판의 강도 측정장치의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 자기이력곡선이다.

도 4는 본 발명의 측정된 보자력과 인장강도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 오실레이터 200 : 전류증폭기

300 : 요크 코어 400 : 자화코일

500 : 검출코일 600 : 전압측정기

700 : 강도측정부

Claims (5)

1. 일단과 타단이 간극을 가지면서 서로 마주보도록 형성되고, 상기 일단과 타단 사이에 강판이 끼워져 이동하는 요크 코어;

   상기 요크 코어의 일 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 정현파 전류가 흐를 때 상기 요크 코어에 정현파 자기장을 발생시키는 자화코일;

   상기 요크 코어의 타 부위의 둘레를 둘러싸고 있고, 상기 정현파 자기장에 의한 자속밀도를 검출하는 검출코일; 및

   상기 자화코일에 흘려준 정현파 전류와, 상기 검출코일에서 검출된 상기 강판을 투과한 정현파 자기장으로부터의 상기 강판의 자속밀도에 의한 전압으로부터 상기 요크의 일단과 타단 사이를 지나는 상기 강판의 보자력을 측정하고, 측정된 상기 강판의 보자력을 이용하여 강판의 보자력과 상기 강판의 강도의 기 설정된 관계로부터 상기 강판의 강도를 구하는 강도 측정부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 요크 코어는 C의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 강판의 보자력과 상기 강판의 강도의 기 설정된 관계는 선형의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정장치.
4. 일단과 타단이 간극을 가지면서 서로 마주보도록 형성된 요크 코어의 일 부위의 둘레를 둘러싸고 있는 자화코일에 정현파 전류를 흘려 상기 요크 코어에 정현파 자기장을 발생시키는 단계;

   상기 요크 코어의 일단과 타단의 사이에 강판이 끼워져 이동할 때, 상기 요크 코어에 발생된 정현파 자기장이 상기 강판을 투과하는 단계;

   상기 강판을 통과한 정현파 자기장에 의한 자속밀도를 검출하는 단계;

   상기 자화코일에 흘려준 정현파 전류와 상기 강판의 자속밀도에 의한 전압으로부터 강판의 보자력을 측정하는 단계; 및

   측정된 상기 강판의 보자력을 이용하여 상기 강판의 보자력과 상기 강판의 강도의 기 설정된 관계로부터 상기 강판의 강도를 구하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 강판의 보자력을 측정하는 단계는,

   상기 자화코일에 흘려준 정현파 전류로부터 자기장의 세기를 구하는 단계;

   상기 전압으로부터 자속밀도를 구하는 단계; 및

   상기 자속밀도가 0인 경우의 자기장의 세기를 구하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 강도 측정방법.

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