KR101521762B1 - 금속 제조 공정에서 금속 재료들에서의 크랙 검출을 위한 배열체 - Google Patents

금속 제조 공정에서 금속 재료들에서의 크랙 검출을 위한 배열체 Download PDF

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Abstract

금속 제조 공정에 대해 배열체 (1-1) 에 관하여 이동하는 금속 재료 (M) 의 스트립 (S) 을 따라 크랙들 (C) 을 검출하기 위한 배열체 (1-1) 가 제시된다. 배열체 (1-1) 는 크랙 검사 동안 고정 배열된 코일 배열체 (3-1) 를 포함하며, 코일 배열체 (3-1) 는: 스트립 (S) 의 부분에서 제 1 방향으로 제 1 전류 (i1) 를 유도하기 위해 제 1 방향으로 연장하는 제 1 권선부 (winding portion) (5a); 스트립 (S) 의 부분에서 제 2 방향으로 제 2 전류 (i2) 를 유도하기 위해 제 2 방향으로 연장하는 제 2 권선부 (5b) 로서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 서로 교차하는, 상기 제 2 권선부 (5b); 제 1 전류 (i1) 에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된 제 1 수신기 코일 (7); 및 제 2 전류 (i2) 에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된 제 2 수신기 코일 (9) 을 포함하고, 제 1 전류 (i1) 에 의해 발생된 자기장 및 제 2 전류 (i2) 에 의해 발생된 자기장은, 스트립 (S) 의 부분에 크랙이 존재하는지의 여부의 척도 (measure) 를 제공한다.

Description

금속 제조 공정에서 금속 재료들에서의 크랙 검출을 위한 배열체{ARRANGEMENT FOR CRACK DETECTION IN METALLIC MATERIALS IN A METAL MAKING PROCESS}
본 개시물은 일반적으로 금속 재료의 품질 검사에 관한 것이며, 특히 금속 제조 공정에서 유도 (induction) 에 의한 금속 재료의 표면에서의 크랙 검출에 관한 것이다.
예를 들어 철강 제작에서 금속 재료들에서의 크랙들을 검출하는 것이 알려져 있다. 이러한 목적을 위해 예를 들어 유도성 기법들이 이용되어 왔다. 유도성 기법을 이용할 때에, 유사하게 시변 전류가 공급된 송신기 코일에 의해 발생된 시변 자기장에 의해서, 금속 재료, 예컨대 슬래브 또는 금속 시트에서 전류가 유도된다. 유도된 전류가 금속 재료에서의 크랙에 직면할 때에, 크랙은 유도된 전류에 장애가 된다. 결과적으로, 크랙은, 크랙이 없는 금속 재료에 비교해서 크랙에서의 유도된 전류를 변경시킨다. 변경된 전류는 그 전류 주위의 자기장에서의 변화를 제공한다. 자기장에서의 변화는 수신기 코일에 의해 측정되고, 그에 따라 금속 재료의 검사되는 표면 부분에 크랙이 존재하는지를 결정할 수 있다.
금속 재료들에서의 크랙 검출을 위해 유도성 기법들을 이용할 때에, 금속 재료의 표면은, 검사될 표면의 그 부분에 걸쳐 이동되고 있는 코일들에 의해 통상 탐색된다. GB 2　401　947 에는 항공기 엔진 디스크들 상의 임계 표면들의 검사를 위한 장치가 개시되어 있다. GB 2　401　947 에 개시된 하나의 실시형태가 도 5 에 도시되어 있다. 이 실시형태는, 직각 삼각형의 형태로 있는 송신기 코일 (38) 을 포함한다. 직각 삼각형의 송신기 코일 (38) 의 각각의 인접 변들 (38-1 및 38-2) 을 따라 수신기 코일들 (32-1 및 32-2) 이 배열된다. 삼각형의 변들 (38-1 및 38-2) 은, 크랙들에 대해 검사되고 있는 금속 재료에서 직교 전류들을 유도한다. 이에 따라 상이한 배향을 갖는 크랙들이 수신기 코일들 (32-1 및 32-2) 에 의해 검출될 수도 있다. 크랙 검사는 항공기 엔진 디스크의 표면을 따라 장치를 이동시킴으로써 수행된다.
EP 1 033 571 A2 에는, 제 1 기판에 또는 제 1 기판 상에 프로브 코일이 배열되는, 상기 제 1 기판을 포함하는 프로브가 개시되어 있다. 위에서 보았을 때에, 제 2 프로브 코일은 제 1 프로브 코일에 의해 커버되는 영역을 부분적으로 중첩한다. 제 2 코일은 제 2 기판에 또는 제 2 기판 상에 배열된다. 추가적인 기판들의 스택이 추가적인 프로브 코일들에 대해 제공될 수도 있다. 기판들 중 적어도 하나는 플렉시블 재료로 이루어진 필름 기판이다. 제 1 및 제 2 코일들은, 테스트되는 컴포넌트에 있어서 서로 상이한 배향을 갖는 크랙들 또는 결점들을 검출하기 위해 사용된다. 제작의 포토리소그래픽 방법이 또한 청구되어 있다.
US 4 584 746 에는 연속 캐스팅에서 나오는 강철 슬래브들에서의 크랙들을 검출하는 디바이스가 개시되어 있다. 이 디바이스들은, 연속 캐스팅에서 나오는 슬래브의 통로의 양측에 놓인 2 개의 크랙 검출 유닛들, 그리고 이 검출 유닛들의 상류에 위치된 2 개의 디스케일링 및 냉각 유닛들을 포함한다. 각각의 검출 유닛은, 이동형 프레임, 그리고 이 프레임에 대해 수직으로 슬라이딩하고 하나의 수직 센서 및 3 개의 수평 센서들을 지탱하는 헤드를 포함한다. 센서들은, 전방이 개방된 금속 캐스팅에 의해 둘러싸이는 용기 내에 놓인 유도 코일들이다. 이 디바이스의 하나의 응용은 재처리 유닛을 향해 불량 슬래브들의 자동 스위칭이다.
금속 제품들의 제작 공정들에서, 상기 언급된 타입의 장비를 이용하는 것이 어렵다는 것이 증명되었다. 첫 번째로, 이러한 크랙 검사들은 제작 흐름에 맞추기 위해 너무 긴 시간이 걸릴 수도 있다. 두 번째로, 검사에 필요한 기계적 디바이스들은 매우 비싸고 조건들 (예컨대, 제작 동안 종종 일어나는 연속 캐스팅 공정에서의 고온들) 에 매우 민감하다.
금속 제조 공정에 대해, 특히 연속 캐스팅 공정들과 같은 금속 캐스팅에서 뜨거운 금속의 표면들 상에서의 크랙 검출에 대해, 크랙 검사 동안 고정 배열되는 크랙 검출 배열체를 제공할 수 있는 것이 유리할 것이다. 이러한 배열체는 상기 언급된 타입의 금속 제작의 가혹한 환경에서 이동식 배열체보다 더 강건할 것이다. 또한, 크랙 검사 동안 고정되는 크랙 검출 배열체를 적절히 설계함으로써, 크랙 검사가 기존의 솔루션들에 의해서보다 더욱 신속하게 실시될 수 있을 것이다. 금속 제조에 있어서, 검사될 금속 재료와 유도성 크랙 검출기 배열체의 센서들 사이의 거리는 필연적으로 약 10-20 mm 의 범위에 있을 것이다. 첫 번째로, 이것은 크랙 검출 배열체의 센서들은, 먼지로부터 그리고 어쩌면 금속 재료의 표면이 뜨거울 경우 열로부터, 디스크와 같은 보호 부재에 의해 차폐되어야 하기 때문이다. 열로부터 차폐되어야 하는 경우에, 금속 제조에서 금속 재료는 1000 ℃ 또는 심지어 그 이상에 이르는 표면 온도를 가질 수도 있으므로, 예컨대 물에 의한, 보호 부재/센서들의 냉각은 필수적일 수도 있다. 냉각 배열체들은 크랙 검출 배열체의 센서들과 검사되게 될 금속 재료의 표면 사이에 유리하게 제공된다. 두 번째로, 금속 재료의 표면은 구부러질 수도 있고 및/또는 불규칙할 수도 있기 때문에 센서들 및 보호 부재/냉각 시스템은 금속 재료의 측정 표면으로부터 더욱 이격되어야 하며; 검사될 표면으로부터 센서들을 충분히 이격시킴으로써, 센서들, 보호 부재 및 냉각 시스템의 기계적 손상의 위험이 감소된다.
GB 2　401　947 에 기재된 것과 같은 기존의 유도성 센싱 솔루션들은, 금속 제조 공정에서의 이용에 대해, 특히 뜨거운 금속 표면들의 검사에 대해 적합하지 않다. 그 이유들는, GB 2　401 947 의 송신기 코일의 치수 및 송신기 코일들과 수신기 코일 사이의 거리가, 금속 제조 공정에서 금속 재료에서의 충분한 크기를 갖는 전류를 디바이스가 유도하는 것을 억제한다는 것이며, 여기서 코일 배열체와 검사될 표면 사이의 거리는 약 10-20 mm 의 범위에 있어야 한다. GB 2 401 947 에서, 수신기 코일들 또는 센싱 엘리먼트들은, 특히 본질적으로 동일한 거리에서 크랙 측정들이 수행되어야 함을 나타내는, 증가된 분해능에 대해 1*1 mm 이하의 치수를 유리하게 갖는 것이 언급되어 있다. 이들 결론들에 관한 추가 상세사항들은 상세한 설명에서 제공될 것이다. 검사될 표면과 송신기 코일 사이의 거리의 효과의 예로서, 송신기 코일이 20 mm 의 거리에 배열되고 송신기 코일의 길이/폭 치수가 10 mm 인 경우 송신기 코일에 의해 발생된 자기장의 약 10-20% 만이 금속 재료와 상호작용한다. 따라서, 금속 제조 공정에서 금속 재료에서의 크랙 검출에 대한 민감도가 크게 감소된다.
상기를 감안하여, 본 개시물의 일반적인 목적은 금속 제작 흐름에서 금속 재료의 큰 영역들에 걸쳐 유도성 크랙 검출을 제공하는 것이다.
본 개시물의 다른 목적은 크랙 검사 동안 크랙 검출을 위한 배열체에 가해지는 기계적 마모를 감소시키는 것이다.
본 개시물의 또 다른 목적은, 슬래브들, 플레이트들 및 스트립들과 같은 큰 워크피스들에 대해 사용가능한 이동식 부품 없이 유도성 크랙 검출을 제공하고, 그리하여 이러한 검출의 신뢰성을 증가시키고 비용을 절감하는 것이다.
따라서, 본 개시물의 제 1 양태에 따르면, 금속 제조 공정에 대해 배열체에 관하여 이동하는 금속 재료의 스트립을 따라 크랙들을 검출하기 위한 배열체가 제공되며, 상기 배열체는 크랙 검사 동안 고정 배열된 코일 배열체를 포함하며, 코일 배열체는: 스트립의 부분에서 제 1 방향으로 제 1 전류를 유도하기 위해 제 1 방향으로 연장하는 제 1 권선부 (winding portion); 스트립의 부분에서 제 2 방향으로 제 2 전류를 유도하기 위해 제 2 방향으로 연장하는 제 2 권선부로서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 서로 교차하는, 상기 제 2 권선부; 제 1 전류에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된 제 1 수신기 코일; 및 제 2 전류에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된 제 2 수신기 코일을 포함하고, 제 1 전류에 의해 발생된 자기장 및 제 2 전류에 의해 발생된 자기장은, 스트립의 부분에 크랙이 존재하는지의 여부의 척도 (measure) 및 크랙의 방향을 제공한다.
본 개시물에 의하면, 금속 재료의 큰 영역들에 걸쳐 크랙들의 비접촉식 검사를 실시할 수도 있다. 또한, 그들의 연장 방향들이 교차하도록 배열된 제 1 권선부 및 제 2 권선부로 인해, 상이한 배향을 갖는 크랙들이 검출될 수도 있고, 크랙이 주로 연장하는 방향은 또한, 크랙 검사 동안 고정 배열된 코일 배열체에 의해 결정될 수도 있다. 이에 따라 배열체는 종래 기술에 따른 솔루션들보다 기계적으로 휠씬 더 간단할 것이고, 따라서 더 낮은 비용, 더욱 신뢰성 있는 동작 및 보다 긴 수명을 야기한다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 본질적으로 수직이다. 이에 따라 상이한 배향을 갖는 크랙들에 관한 최적 크랙 검출이 제공될 수도 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 2 권선부는 그 크랙 검사 동안 금속 재료의 이동 방향에 관해 제 1 권선부의 하류에 배열된다. 따라서 하나의 크랙은, 제 1 방향으로 주로 크랙들을 검출하는 제 1 권선부, 및 제 1 방향에 본질적으로 직교하는 제 2 방향으로 주로 크랙들을 검출하도록 배열된 제 2 권선부 둘다에 의해 검사될 수도 있고, 이로써 크랙이 연장하는 방향이 결정될 수도 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 수신기 코일은 제 1 권선부의 일 변에 배열되고, 제 2 수신기 코일은 제 2 권선부의 일 변에 배열되고, 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일 둘다는 제 1 권선부 및 제 2 권선부와 동일한 평면에 배열된다. 이러한 배열에 의해 금속 재료들에서 유도된 제 1 전류 및 제 2 전류에 의해 야기된 자기장들은 수신기 코일들에 의해 효율적으로 검출될 수도 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 수신기 코일의 권선은 제 1 권선부와 평행하게 배열되고, 제 2 수신기 코일의 권선은 제 2 권선부와 평행하게 배열된다. 따라서, 금속 재료에서 자기장들을 검출하기 위해 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일의 최적 배향이 획득된다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 권선부는, 제 1 권선부가 제 1 수신기 코일의 권선과 평행한 거리를 따라 본질적으로 일정한 연장 방향을 가지며, 제 2 권선부는, 제 2 권선부가 제 2 수신기 코일의 권선과 평행한 거리를 따라 본질적으로 일정한 연장 방향을 갖는다. 따라서, 금속 재료에서 유도된 전류들은, 크랙들에 대해 측정되도록 요구되는 스트립 폭에 대응하는 거리에 걸쳐 본질적으로 일정한 전파 방향을 가질 것이다.
하나의 실시형태는, 금속 재료에서 제 1 전류 및 제 2 전류를 유도하기 위한 제 1 권선부 및 제 2 권선부에 시변 전류를 공급하도록 배열된 신호 발생기를 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 권선부는 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일의 제 1 레그를 정의하고, 제 2 권선부는 본질적으로 삼각형인 송신기 코일의 제 2 레그를 정의하고, 제 1 레그 및 제 2 레그는 본질적으로 수직 레그들이다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 권선부 및 제 2 권선부는 전기적으로 분리된 코일들의 일부를 형성하고, 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 각각은 개별 시변 전류가 공급되도록 배열된다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 각각은 각각의 직사각형 형상인 송신기 코일의 일부를 형성한다.
하나의 실시형태에 있어서, 시변 전류는 펄스열 (pulse train) 이다. 이에 따라 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일에 의한 측정들은 후속 펄스들 사이에서 유리하게 취해질 수도 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 각각에 시변 전류를 교대로 제공함으로써, 금속 재료에서 제 1 전류 및 제 2 전류를 교대로 유도하기 위해 신호 발생기를 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
하나의 실시형태는, 스트립에 크랙이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 제 1 수신기 코일에 의해 검출된 자기장 및 제 2 수신기 코일에 의해 검출된 자기장에 기초한 신호들을 수신하도록 배열된 컴퓨팅 유닛을 포함한다.
하나의 실시형태에 있어서, 컴퓨팅 유닛은, 제 1 수신기 코일에 의해 검출된 자기장 및 제 2 수신기 코일에 의해 검출된 자기장에 기초하여 검출된 크랙의 연장 방향을 결정하도록 배열된다.
하나의 실시형태는, 제 1 수신기 코일과 동일한 축을 따라 배열된 권선을 갖는 제 3 수신기 코일을 포함하고, 제 3 수신기 코일의 권선은 제 1 전류에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된다.
하나의 실시형태는, 제 2 권선부와 평행하고 금속 재료에서 제 3 전류를 유도하기 위한 제 3 권선부, 및 제 2 수신기 코일의 권선과 평행하게 배열된 권선을 갖는 제 4 수신기 코일을 가지며, 제 4 수신기 코일의 권선은 금속 재료에서 제 3 전류에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 권선부는 송신기 코일의 일부를 형성하고, 송신기 코일은, 금속 재료의 표면이 크랙들에 대해 검사될 때에 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면에 평행한 평면에서, 제 1 권선부로부터 상기 표면까지의 거리의 적어도 2 배인, 최소 치수를 갖는다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 2 권선부는 송신기 코일의 일부를 형성하고, 송신기 코일은, 금속 재료의 표면이 크랙들에 대해 검사될 때에 크랙들에 대해 검사될 상기 금속 재료의 표면에 평행한 평면에서, 제 2 권선부로부터 상기 표면까지의 거리의 적어도 2 배인, 최소 치수를 갖는다.
하나의 실시형태에 따르면, 송신기 코일의 최소 치수는, 금속 재료의 표면이 크랙들에 대해 검사될 때에 제 1 권선부로부터 표면까지의 거리의 적어도 3 배이다.
하나의 실시형태에 따르면, 송신기 코일의 최소 치수는, 금속 재료의 표면이 크랙들에 대해 검사될 때에 제 2 권선부로부터 표면까지의 거리의 적어도 3 배이다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 권선부는 제 1 수신기 코일로부터 제 1 거리에 배열되고, 제 1 권선부는 금속 재료가 크랙 검사를 위한 위치에 있을 때에 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면으로부터 제 2 거리에 배열되고, 제 1 거리 및 제 2 거리는 40% 미만으로 상이한다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 거리 및 제 2 거리는 20% 미만으로 상이하다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 2 권선부는 제 2 수신기 코일로부터 제 1 거리에 배열되고, 제 2 권선부는 금속 재료가 크랙 검사를 위한 위치에 있을 때에 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면으로부터 제 2 거리에 배열되고, 제 1 거리 및 제 2 거리는 40% 미만으로 상이하다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 거리 및 제 2 거리는 20% 미만으로 상이하다.
일반적으로, 청구항들에 사용된 모든 용어들은, 본 명세서에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 그 기술 분야에서 그들의 통상의 의미에 따라 해석되어야 한다. "엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등" 에 대한 모든 언급들은, 달리 명시적으로 서술되지 않는 한, 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등 중 적어도 하나의 사례를 지칭하는 것으로 개방적으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 개시된 임의의 방법의 단계들은, 명시적으로 서술되지 않는 한, 개시된 정확한 순서로 수행되어야 할 필요는 없다.
본 발명에 대해 이제 예로서 첨부 도면들을 참조하여 설명할 것이다.
도 1a 는 금속 재료에서의 크랙 검출을 위한 배열체의 제 1 예의 개략 상면도이다.
도 1b 는 도 1a 의 배열체에 의해 금속 재료가 크랙들에 대해 어떻게 검사되는지를 나타낸다.
도 2a 는 금속 재료에서의 크랙 검출을 위한 배열체의 제 2 예의 개략 상면도이다.
도 2b 는 도 2a 의 배열체에 의해 금속 재료가 크랙들에 대해 어떻게 검사되는지를 나타낸다.
도 3 은 크랙 검출을 위한 배열체의 제 3 예의 개략도이다.
도 4 는 크랙 검출을 위한 배열체의 제 4 예의 개략도이다.
도 5 는 종래 기술에 따른 코일 배열체의 상면도이다.
도 6a 및 도 6b 는 각각 본 개시물 및 종래 기술에 따른 송신기 코일의 개략 측단면도들을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b 는 각각 본 개시물 및 종래 기술에 따른 송신기 코일과 수신기 코일의 개략 측단면도들을 나타낸다.
본 발명의 개념에 대해 이제, 본 발명의 개념의 특정 실시형태들이 나타나 있는 첨부 도면들을 참조하여 이후 더욱 충분히 설명할 것이다. 하지만, 본 발명의 개념은 수많은 상이한 형태들로 실시될 수도 있고, 본 명세서에 서술되는 실시형태들에 한정되는 것으로 이해되지 않아야 하고; 오히려, 이들 실시형태들은, 이 개시물이 철저하고 완전하게 되고 그리고 본 발명의 개념의 범위를 당업자에게 충분히 전달하도록 하기 위해 예로서 제공된 것이다.
본 명세서에 제시된 배열체는 금속 재료에서의 크랙들을 검출하기 위해 개작된 것이다. 이 배열체는 또한 금속 재료에서의 크랙의 배향과 같은 검출된 크랙과 연관된 다양한 파라미터들을 결정할 수 있을 수도 있다. 유리하게, 이 배열체는, 예를 들어 캐스팅 공정 또는 롤링 공정과 같은 금속 제조 공정에서, 극한 조건들 하에서 사용될 수도 있다.
금속 재료에서 전류가 유도될 수 있도록 하기에 매우 충분한 전도도를 갖는 임의의 금속 재료가 본 명세서에 제시된 배열체들에 의해 검사될 수도 있다.
도 1a 는 이동식 금속 재료에서의 스트립을 따라 크랙들을 검출하기 위한 배열체의 제 1 예의 개략도를 나타낸다. 배열체 (1-1) 는 코일 배열체 (3-1), 제 1 증폭 회로 (7-1), 제 2 증폭 회로 (9-1), 신호 발생기 (13), 제어 유닛 (15), 신호 처리 유닛 (17), 및 컴퓨팅 유닛 (19) 을 포함한다.
코일 배열체 (3-1) 는, 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일 (11) 의 제 1 레그를 정의하는 제 1 권선부 (5a) 및 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일 (11) 의 제 2 레그를 정의하는 제 2 권선부 (5b) 를 갖는 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일 (11) 의 형태의 송신기 코일을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 제 1 레그 및 제 2 레그는 그들 사이에 각도 α 를 가지며, 각도 α 는 본질적으로 90°이다. 그리하여, 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 는 본질적으로 수직일 수도 있다. 이 때문에, 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 는 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일 (11) 의 인접 레그들을 정의한다. 따라서 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 는 전기적으로 접속되고, 신호 발생기 (13) 로부터의 동일한 시변 전류 i(t) 를 수신하고 전도하도록 배열된다.
하나의 실시형태에 있어서, 송신기 코일은 이등변 삼각형 또는 본질적으로 이등변 삼각형의 형태인 삼각형 송신기 코일일 수도 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 제 1 권선부는 삼각형 송신기 코일의 제 1 레그를 정의하는 이등변의 변들 중 하나에 제공되고, 제 2 권선부는 삼각형 송신기 코일의 제 2 레그를 정의하는 다른 이등변의 변에 제공된다. 2 개의 이등변의 변들 사이의 각도는 하나의 실시형태에 있어서 본질적으로 90°일 수도 있다.
삼각형 송신기 코일 또는 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일의 몇몇 실시형태들에 있어서, 제 1 레그와 제 2 레그 사이의 각도 α 는 0<α< 180°범위 내의 어느 것으로든 있을 수도 있으며, 즉, 그 각도는 0°보다 더 크고 180°보다 더 작을 수도 있다.
코일 배열체 (3-1) 는 권선부 (7a) 를 갖는 제 1 수신기 코일 (7) 및 권선부 (9a) 를 갖는 제 2 수신기 코일 (9) 을 더 포함한다. 제 1 수신기 코일 (7) 은 제 1 권선부 (5a) 의 일 변에 배열되고, 제 2 수신기 코일 (9) 은 제 2 권선부 (5b) 의 일 변에 배열된다. 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 은 각각, 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 로부터, 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 이 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 에 의해 금속 재료에서 생성되는 유도된 전류들로부터의 자기장들을 검출할 수 있는 그러한 거리에 각각 배열된다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 은 본질적으로 직사각형 코일들이고, 각각은 내부 중심점을 갖는다. 권선부 (7a) 는 본질적으로 직사각형 수신기 코일 (7) 의 일변을 정의한다. 권선부 (9a) 는 본질적으로 직사각형 수신기 코일 (9) 의 일변을 정의한다.
제 1 수신기 코일 (7) 의 내부 중심점은 바람직하게, 도 1b 에 나타낸 바와 같이, 제 1 권선부 (5a) 가 크랙들에 대해 검사될 금속 재료 (M) 의 표면 (21) 으로부터 위치되는 거리에 대응하는 제 1 권선부 (5a) 로부터의 거리에 배열될 수도 있다. 제 2 수신기 코일 (9) 의 내부 중심점은 바람직하게, 제 2 권선부 (5b) 가 크랙들에 대해 검사될 금속 재료 (M) 의 표면 (21) 으로부터 위치되는 거리에 대응하는 제 2 권선부 (5b) 로부터의 거리에 배열될 수도 있다. 이들 관계들은 본 명세서에 개시된 임의의 예에, 예컨대, 직사각형 또는 본질적으로 직사각형 형상의 송신기 코일들에 대해서도 또한 적용될 수도 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 제 1 수신기 코일 (7) 의 권선부 (7a) 는 제 1 권선부 (5a) 와 평행하게 배열된다. 제 2 수신기 코일 (9) 의 권선부 (9a) 는 제 2 권선부 (5b) 와 평행하게 배열된다. 여기서, 제 1 수신기 코일 (7) 의 권선부 (7a) 및 제 2 권선부 (9) 의 권선부 (9a) 는 본질적으로 서로 직교하며, 제 1 권선부 (5a) 와 제 2 권선부 (5b) 사이의 각도와 본질적으로 동일한 각도 α 를 갖는다. 권선부들 (7a 및 9a) 은 제 1 예의 변형예들에 있어서 각각 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 에 관해 다른 방식으로 배열될 수도 있다. 이 때문에, 수신기 코일들은 바람직하게, 그들 각각의 송신기 권선, 즉, 제 1 및 제 2 권선부들에 인접하여 배열될 수도 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 권선부들 (7a 및 9a) 은 크랙들에 대해 검사되도록 요구되는 스트립의 폭에 대응하는 종방향 (longitudinal) 연장부들을 갖는다.
배열체 (1-1) 의 하나의 변형예에 있어서, 제 1 권선부 (5a), 제 2 권선부 (5b), 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 은 본질적으로 평평한 코일들이고, 즉, 배열체 (1-1) 에 의해 크랙들에 대해 금속 재료를 검사할 때에 금속 재료의 표면에 대한 법선 (normal) 과 평행한 방향에서의 그들의 치수는 배열체 (1-1) 의 임의의 다른 치수보다 몇 배 더 작다. 이러한 변형예에 있어서, 그들은 본질적으로 균일한 높이 치수를 가져서, 바람직하게는 기판 상에 인쇄되거나 또는 다른 방식으로 기판 상에 또는 기판에 배열된다.
하나의 실시형태에 있어서, 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일은 그 길이 연장부 또는 폭보다 몇 배 더 작은 높이 연장부를 갖는다.
제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 는 신호 발생기 (13) 로부터 시변 전류 i(t) 를 수신하도록 배열된다. 배열체 (1-1) 의 하나의 변형예에 있어서, 시변 전류는 펄스열일 수도 있다. 따라서 시변 전류는 하나의 레벨로부터 다른 레벨로, 예를 들어 일정한 전류 레벨로부터 제로 전류로의 전류 크기의 갑작스런 변화일 수도 있다. 신호 발생기 (13) 는, 제어 유닛 (15) 에 의해 제공되는 제어 신호 C1 를 통해, 발생할 신호의 타입 및 신호를 언제 발생할지에 관한 명령들을 수신하도록 배열된다.
도 1b 로 이제 돌아가면, 배열체 (1-1) 에 대해 동작을 설명할 것이다.
코일 배열체 (3-1) 는 금속 재료의 크랙 검사 동안 통상적으로 고정되어 유지된다. 배열체 (1-1) 가 극한 조건들, 예컨대, 고온 하에서 동작되는 경우, 코일 배열체 (3-1) 는 예를 들어 물과 같은 냉각 유체에 의해 냉각될 수도 있다. 이것은 본 명세서에 개시된 모든 예들에 적용된다.
동작 동안, 크랙들에 대해 검사되게 될 금속 재료 (M) 는 코일 배열체 (3-1) 의 하나의 변에서, 코일 배열체 (3-1) 에 대해 방향 (A) 으로, 바람직하게 본질적으로 일정한 속도로 이동한다. 이 때문에, 코일 배열체 (3-1) 가 본질적으로 일정한 속도로 선형으로 이동될 수도 있고, 또는 대안적으로 금속 재료 (M) 가 코일 배열체 (3-1) 에 대해 이동될 수도 있다. 금속 재료 (M) 는 예를 들어 코일 배열체 (3-1) 에 대해, 코일 배열체 (3-1) 아래로 이동할 수도 있다. 그리하여, 코일 배열체 (3-1) 는 금속 재료 (M) 가 코일 배열체 (3-1) 아래로 이동함에 따라 금속 재료 (M) 의 표면 (20) 위에 위치될 수 있다. 이에 따라, 코일 배열체 (3-1) 는 금속 재료 (M) 의 표면 (20) 을 따라 스트립 (S) 을 검사하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 코일 배열체는 예컨대, 금속 재료 아래에 위치될 수 있으며, 이에 따라 금속 재료 위에 위치된 경우와 동일한 효과를 획득할 수 있음이 이해될 것이다.
크랙 검사를 목적으로 하여 그리고 특히 크랙 방향과 같은 추가적인 크랙 파라미터들을 결정하기 위해서, 제 2 권선부 (5b) 는 금속 재료 (M) 의 이동 방향 (A) 에 관해 제 1 권선부 (5a) 의 하류에 배열된다. 크랙 검사 동안 금속 재료 (M) 의 표면 (20) 에 대한 제 1 권선부 (5a) 로부터의 거리 및 제 2 권선부 (5b) 로부터의 거리는, 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일의 베이스로부터 제 1 레그와 제 2 레그 사이의 정점까지의 거리보다 상당히 더 작다. 일반적으로, 본 명세서에 제시된 송신기 코일들의 모든 예들에 대해, 송신기 코일로부터 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면까지의 거리는, 금속 재료 (M) 가 검사를 위한 위치에 있을 때에 표면 (20) 과 평행한 평면에서 송신기 코일의 사이즈보다 상당히 더 작다.
동작 동안 제 1 단계에서, 본질적으로 직각 삼각형인 송신기 코일 (11) 에는 신호 발생기 (13) 로부터 시변 전류 i(t) 가 공급된다. 따라서 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 에는 둘다 동일한 시변 전류 i(t) 가 공급된다.
시변 전류 i(t) 가 제 1 권선부 (5a) 를 통해 흐름에 따라, 제 1 권선부 (5a) 주위에 자기장이 발생된다. 금속 재료 (M) 가 제 1 권선부 (5a) 에 인접하여 배열될 때에, 제 1 권선부 (5a) 주위에 발생된 자기장은 금속 재료 (M) 의 스트립 (S) 의 위치에서 제 1 전류 (i1) 를 유도한다. 제 1 전류 (i1) 는 제 1 권선부 (5a) 에서의 시변 전류 i(t) 의 흐름 방향과 본질적으로 평행하고, 제 1 전류 (i1) 는 제 1 권선부 (5a) 에서의 시변 전류 i(t) 의 흐름 방향에 대해 반대 방향으로 흐른다. 제 1 전류 (i1) 에 의해, 금속 재료 (M) 에서의 제 1 전류 (i1) 주위에 자기장이 발생된다.
시변 전류 i(t) 가 제 2 권선부 (5b) 를 통해 흐름에 따라, 제 2 권선부 (5b) 주위에 자기장이 발생된다. 금속 재료 (M) 가 제 2 권선부 (5b) 에 인접하여 배열될 때에, 제 2 권선부 (5b) 주위에 발생된 자기장은 금속 재료 (M) 의 스트립 (S) 의 위치에서 제 2 전류 (i2) 를 유도한다.
제 2 전류 (i2) 는 제 2 권선부 (5b) 에서의 시변 전류 i(t) 의 흐름 방향과 본질적으로 평행하고, 제 2 전류 (i2) 는 제 2 권선부 (5b) 에서의 시변 전류 i(t) 의 흐름 방향에 대해 반대 방향으로 흐른다. 제 2 전류 (i2) 에 의해, 금속 재료 (M) 에서의 제 2 전류 (i2) 주위에 자기장이 발생된다.
제 1 권선부 (5a) 에 관하여 제 1 수신기 코일 (7) 의 위치로 인해, 자기장은 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 검출될 수 있다. 여기서, 자기장은 제 1 수신기 코일 (7) 에서 전압을 유도하고, 그 전압은 제 1 증폭 회로 (7-1) 에서 증폭된다. 이후 제 1 신호 (S1) 라고 불리는 증폭된 전압은 신호 처리 유닛 (17) 으로 전송된다.
제 2 권선부 (5b) 에 관하여 제 2 수신기 코일 (9) 의 위치로 인해, 자기장은 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 검출될 수 있다. 여기서, 자기장은 제 2 수신기 코일 (9) 에서 전압을 유도하고, 그 전압은 제 2 증폭 회로 (9-1) 에서 증폭된다. 이후 제 2 신호 (S2) 라고 불리는 증폭된 전압은 신호 처리 유닛 (17) 으로 전송된다.
금속 재료 (M) 의 이동으로 인해, 제 1 전류 (i1) 및 제 2 전류 (i2) 는 시간적으로 상이한 사례들에 금속 재료 (M) 의 동일한 부분에서 유도될 수 있다. 이 때문에, 하기에서 더욱 상세하게 설명되듯이, 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 검출된 자기장 및 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 검출된 자기장은 스트립의 검사된 부분에 크랙이 존재하는지의 여부의 척도 그리고 또한, 예컨대 크랙의 배향에 관한 정보를 제공한다.
제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 는 상이한 배향을 가지며, 이 예에서 본질적으로 수직이고, 그리고 이에 따라 각각 제 1 방향 및 제 2 방향으로 금속 재료 (M) 에서의 제 1 전류 (i1) 및 제 2 전류 (i2) 를 유도하도록 배열되기 때문에 (제 1 방향 및 제 2 방향은 서로 교차함), 상이한 배향을 갖는 크랙들이 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 검출될 수도 있다.
권선부 (5a, 5b) 의 종방향 연장부에 수직인 종방향 연장부를 갖는 크랙들은, 권선부 (5a, 5b) 의 종방향 연장부와 평행한 종방향 연장부를 갖는 크랙에 비교해서, 그 권선부 (5a, 5b) 와 연관되는 유도된 전류에서의 더 큰 변화를 제공하고, 그리하여, 연관된 수신기 코일 (7, 9) 에서의 유도된 전압의 더 큰 변화를 제공한다. 다시 말해, 제 1 전류 (i1) 및 제 2 전류 (i2) 의 본질적으로 수직 흐름 방향들은, 금속 재료가 이동 방향으로 이동함에 따라 제 1 전류 (i1) 및 제 2 전류 (i2) 는 상이한 방향들로부터 동일한 크랙에 직면하는 것을 야기한다. 이에 따라 제 1 전류 (i1) 및 제 2 전류 (i2) 는 상이하게 변경되고, 이로써 대응하는 자기장들이 상이하게 변경된다. 도 1b 의 예에서 알 수 있듯이, 크랙 (C) 은 먼저 제 1 수신기 코일 (7) 아래를 지나고, 이로써 자기장의 강도를 변경시킨다. 크랙이 제 1 권선부 (5a) 및 그리하여 제 1 전류 (i1) 로 횡단되기 때문에, 자기장 강도가 현저하게 변경된다. 자기장 강도의 변화는 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 검출된다.
금속 재료 (M) 가 방향 (A) 으로 이동함에 따라, 금속 재료 (M) 에서의 크랙 (C) 도 또한 방향 (A) 으로 이동한다. 시간 경과에 따라 크랙 (C) 은 제 2 수신 코일 (9) 아래로 이동할 것이다. 크랙 (C) 은 제 2 권선부 (5b) 및 그리하여 제 2 전류 (i2) 와 본질적으로 평행한 주 연장 방향을 갖는다. 따라서 자기장 강도는 제 1 수신기 코일 (7) 을 지날 때에보다 더 작게 변경된다.
자기장 강도들의 검출된 변화는 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 에서 유도되는 전압들에 반영된다. 결과적으로, 제 1 증폭 회로 (7-1) 및 제 2 증폭 회로 (9-1) 에 의해 각각 제공된 제 1 신호 및 제 2 신호는 또한 자기장 강도들의 변화를 반영한다.
제 1 신호 (S1) 및 제 2 신호 (S2) 는 신호 처리 유닛 (17) 에서 분석되고 A/D 변환된다. 제 1 신호 (S1) 및 제 2 신호 (S2) 의 분석은, 예를 들어 시변 전류 i(t) 에서의 시간 변화들에 기초하여 시간적으로 특정 지점들 사이에서 제 1 신호 (S1) 및 제 2 신호 (S2) 의 각각의 평균값들을 결정하는 것을 수반할 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 시변 전류 i(t) 에서의 시간 변화들에 기초하여 시간적으로 특정 지점들은 제어 유닛 (15) 으로부터의 제어 신호 (C2) 에 의해 제공될 수 있다.
제 1 신호 (S1) 및 제 2 신호 (S2) 의 A/D 변환된 신호들은 컴퓨팅 유닛 (19) 에 제공된다. A/D 변환된 신호들의 신호 값들은, 금속 재료 (M) 와 동일한 금속 조성물을 가지며 크랙이 없는 금속 재료에 대응하는 기준 값들에 비교해서 제 1 단계에 있다. 이러한 비교는, 예를 들어 각각의 A/D 변환된 신호의 신호 값과 기준 값 사이의 차이를 결정하는 것을 수반할 수 있다.
A/D 변환된 신호들의 신호 값들과 기준 값들의 비교에 기초하여, 크랙 길이, 크랙 방향 및 크랙 깊이와 같은 크랙 파라미터들이 컴퓨팅 유닛 (19) 에서 결정될 수 있다. 크랙 방향은, 예를 들어 기준 값과 A/D 변환된 신호들의 각각 사이의 차이들을 결정함으로써 획득된 값들 간의 관계를 결정함으로써 결정될 수도 있다.
α가 90°인 실시형태들에 있어서, 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 중 하나의 법선에 대한 크랙 각도 β, 즉 크랙 방향은 하기 관계에 의해 결정될 수 있으며:
B = 57.3*arccot(dS1/dS2),
여기서 dS1 은 크랙으로 인해 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 제공된 신호의 변화이고, dS2 는 크랙으로 인해 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 제공된 신호의 변화이다. 상기 관계는, 제 1 권선부와 제 2 권선부 사이의 각도가 90°이고 제 1 권선부 및 제 2 권선부가 동일한 스트립을 따라 크랙들을 검출하도록 배열될 때에 본 명세서에 제시되는 4 개의 예들 중 임의의 예에서 이용될 수도 있음에 유의한다.
금속 재료 (M) 가 방향 (A) 으로 이동함에 따라, 전체 스트립 (S) 은 상기 기재된 공정에 의해 크랙들에 대해 검사될 수도 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 코일 배열체 (3-1) 는, 검사용 금속 재료에 관하여, 제 1 권선부 (5a) 및 제 2 권선부 (5b) 각각이 금속 재료 (M) 의 이동 방향 (A) 과 약 45°로 교차하도록 배향된다. 이 실시형태에 있어서, 동일한 것이 제 1 수신기 코일 (7) 의 권선 (7a) 에 대해 그리고 제 2 수신기 코일 (9) 의 권선 (9a) 에 대해 적용된다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 권선부는 금속 재료의 이동 방향에 본질적으로 수직으로 배열되고, 제 2 권선부는 금속 재료의 이동 방향에 본질적으로 평행하게 배열된다. 또한 이 실시형태에 있어서, 제 1 수신기 코일의 권선은 제 1 권선부와 본질적으로 평행하게 배열되고, 제 2 수신기 코일의 권선은 제 2 권선부와 본질적으로 평행하게 배열된다.
크랙들을 검출하기 위한 배열체의 제 2 예에 대해 이제 도 2a 및 도 2b 를 참조하여 설명할 것이다. 제 2 실시형태는 크랙들에 대해 검사되는 금속 재료의 이동 방향에 본질적으로 수직 또는 평행한 크랙들을 검출하기에 특히 적합하다.
도 2a 는 이동식 금속 재료에서의 스트립을 따른 크랙 검출을 위한 배열체 (1-2) 의 개략도를 나타낸다. 배열체 (1-2) 는 코일 배열체 (3-2), 제 1 증폭 회로 (7-1), 제 2 증폭 회로 (9-1), 이 예에서 제 1 트랜지스터 (13a) 및 제 2 트랜지스터 (13b) 를 포함하는 신호 발생기 (13-1), 신호 발생기 (13-1) 를 제어하는 제어 유닛 (15), 신호 처리 유닛들 (17-1 및 17-2), 및 컴퓨팅 유닛 (23) 을 포함한다.
코일 배열체 (3-2) 는 제 1 송신기 코일 (21-1) 의 하나의 변을 정의하는 제 1 권선부 (21a) 를 갖는 제 1 송신기 코일 (21-1), 제 2 송신기 코일 (21-2) 의 하나의 변을 정의하는 제 2 권선부 (21b) 를 갖는 제 2 송신기 코일 (21-2), 권선부 (7a) 를 갖는 제 1 수신기 코일 (7), 권선부 (9a) 를 갖는 제 2 수신기 코일 (9) 을 포함한다.
제 1 송신기 코일 (21-1) 및 제 2 송신기 코일 (21-2) 은 별도의 코일들이다. 특히, 제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 는, 제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 의 각각에 개별 시변 전류가 공급될 수 있는 점에서 전기적으로 분리되어 있다. 도 2a 에 나타낸 예에서, 제 1 송신기 코일 (21-1) 및 제 2 송신기 코일 (21-2) 의 각각은 본질적으로 직사각형 형상을 갖는다.
제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 는 본질적으로 서로 수직이다. 제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 는 그들 각각의 트랜지스터 (13a 및 13b) 을 통해 신호 발생기 (13-1) 로부터 시변 전류들 i(t) 을 수신하도록 배열된다. 추가로 이하에서 도 2b 를 참조하여 더욱 자세히 설명하듯이, 그리하여 코일 배열체 (3-2) 아래로 이동하는 금속 재료의 스트립의 부분에서, 제 1 전류 및 제 2 전류를 각각 유도하는 각각의 자기장이 발생된다.
제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 은, 각각 제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 에 대해, 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 이 제 1 전류 및 제 2 전류에 의해 발생된 각각의 자기장을 검출할 수 있는 방식으로 배향된다.
하나의 실시형태에 있어서, 제 1 수신기 코일 (7) 의 권선부 (7a) 는 제 1 권선부 (21a) 와 본질적으로 평행한 제 1 수신기 코일 (7) 의 그 권선으로서 정의될 수도 있고, 한편 제 2 수신기 코일 (9) 의 권선부 (9a) 는 제 2 권선부 (21b) 와 본질적으로 평행한 제 2 수신기 코일 (9) 의 그 권선으로서 정의될 수도 있다. 제 2 예에 있어서의 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 은 제 1 예에 있어서와 구조적으로 동일함에 유의한다. 게다가, 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일은, 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일이 제 1 권선부 및 제 2 권선부에 의한 검사를 위한 금속 재료에서 유도된 전류들을 검출할 수 있도록 그들이 놓여지는 한 제 1 권선부 및 제 2 권선부에 대해 복수의 배향들로 배열될 수도 있음에 유의한다.
제 1 수신기 코일 (7) 은 제 1 권선부 (21a) 의 일 변에 배열된다. 제 2 수신기 코일 (9) 은 제 2 권선부 (21b) 의 일 변에 배열된다. 특히 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 2 수신기 코일 (9) 은 둘다 제 1 권선부 및 제 2 권선부와 동일한 평면, 즉, 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면과 평행한 평면에 배열된다.
제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 의 각각의 연장은, 각각 제 1 수신기 코일 (7) 의 권선 (7a) 및 제 2 수신기 코일 (9) 의 권선 (9a) 의 종방향 연장부에 대응하는 적어도 거리 d 에 걸쳐 본질적으로 일정하다.
배열체 (1-2) 에 대해 도 2b 를 참조하여 동작을 더욱 상세하게 설명할 것이다. 도 2b 에서, 크랙들에 대해 검사될 스트립 (S) 을 따른 제 1 크랙 (C-1) 및 제 2 크랙 (C-2) 을 갖는 금속 재료 (M) 가 배열체 (1-2) 와 함께 나타나 있다. 도 2b 의 예에서, 금속 재료 (M) 는 도면에서 하방인 이동 방향 (A) 을 갖는다. 금속 재료 (M) 가 크랙들에 대해 검사될 때에, 금속 재료 (M) 는 코일 배열체 (3-2) 아래로 일정한 속도로 이동하는 것이 바람직하다.
제어 유닛 (15) 은 신호 발생기 (13-1) 에 제어 신호들을 제공함으로써 제 1 트랜지스터 (13a) 및 제 2 트랜지스터 (13b) 에 의해 제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 에 각각 제공된 시변 전류들 i(t) 을 제어하도록 배열된다. 제어 신호들은, 신호 발생기 (13-1) 가, 제 1 트랜지스터 (13a) 및 제 2 트랜지스터 (13b) 를 통해, 제 1 권선부 (21a) 및 제 2 권선부 (21b) 의 각각에 시변 전류 i(t) 를 교대로 제공함으로써 금속 재료 (M) 에서 제 1 전류 (i1) 및 제 2 전류 (i2) 를 교대로 유도할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리하여, 금속 재료 (M) 의 크랙 검사의 제 1 단계에서, 전류 펄스의 형태의 시변 전류 i(t) 가, 제 1 단계에서 개방 상태에 있는 제 1 트랜지스터 (13a) 로부터 제 1 송신기 코일 (21-1) 에 의해 수신된다. 전류 펄스는 일정한 진폭을 가질 수도 있다. 이 제 1 단계 동안의 전류는 일정한 것이 바람직하고, 전류 펄스의 지속기간은, 이에 따라 생성된 자기장이 측정될 가장 깊은 크랙의 깊이보다 본질적으로 더 깊은 금속 재료 내로의 깊이로 침투하는 것을 허락하기에 적어도 충분히 길다.
제 2 단계에서, 제어 유닛 (15) 은 제 1 트랜지스터 (13a) 가 닫히도록 제 1 트랜지스터 (13a) 를 제어하고, 여기서 제 1 트랜지스터 (13a) 에 의해 어떠한 전류도 제공되지 않는다. 제 2 단계의 지속기간은 하나의 실시형태에 있어서 제 1 단계에 적용된 전류 펄스의 지속기간과 대략 동일하다. 제 1 전류 (i1) 는, 전류 크기의 갑작스런 하락에 응답하여, 제 1 권선부 (21a) 에 의해 금속 재료 (M) 에서 유도된다. 제 1 전류 (i1) 는 제 1 권선부 (21a) 의 연장부와 평행한 방향으로 흐른다. 제 1 전류 (i1) 에 의해 발생되고 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 검출되는 자기장은 제 1 증폭기 회로 (7-1) 에 제공된다.
제 3 단계에서, 전류 펄스의 형태의 시변 전류 i(t) 가, 제 3 단계에서 개방 상태에 있는 제 2 트랜지스터 (13b) 로부터 제 2 송신기 코일 (21-2) 에 의해 수신된다. 전류 펄스는 일정한 진폭을 가질 수도 있다. 하나의 실시형태에 있어서 모든 전류 펄스들은 본질적으로 동일한 진폭을 갖는다. 제 3 단계는, 제 1 송신기 코일 (21-1) 에 대해서 상기 기재된 제 1 단계와 유사하다.
제 4 단계에서, 제어 유닛 (15) 은 제 2 트랜지스터 (13b) 가 닫히도록 제 2 트랜지스터 (13b) 를 제어하고, 여기서 제 2 트랜지스터 (13b) 에 의해 어떠한 전류도 제공되지 않는다. 제 4 단계의 지속기간은 제 2 단계의 지속기간과 동일하거나 또는 본질적으로 동일하다. 제 2 전류 (i2) 는, 전류 크기의 갑작스런 하락에 응답하여, 제 2 권선부 (21b) 에 의해 금속 재료 (M) 에서 유도된다. 제 2 전류 (i2) 는 제 2 권선부 (21b) 의 연장부와 평행한 방향으로 흐른다. 제 2 전류 (i2) 에 의해 발생되고 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 검출되는 자기장은 제 2 증폭기 회로 (9-1) 에 제공된다.
제 1 증폭 회로 (7-1) 는, 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 제공되는 검출된 자기장의 증폭된 신호인 제 1 신호 (S1) 를 신호 처리 유닛 (17-1) 에 제공한다. 제 2 증폭 회로 (9-1) 는, 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 제공되는 검출된 자기장의 증폭된 신호인 제 2 신호 (S2) 를 신호 처리 유닛 (17-2) 에 제공한다. 제 1 신호 (S1) 및 제 2 신호 (S2) 는, 제 1 전류 (i1) 및 제 2 전류 (i2) 가 유도된 스트립의 그 부분에 크랙이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 크랙이 없는 금속 재료의 기준 값들과의 비교를 위해 그리고 그들 간의 비교를 위해 컴퓨팅 유닛 (23) 에서 더욱 처리될 수 있다. 또한, 검출된 크랙의 방향이 또한 결정된다.
상기 절차는 금속 재료 (M) 가 배열체 (1-2) 에 대해 이동함으로써 전체 스트립 (S) 을 검사하도록 반복된다.
도 3a 는 금속 재료 (M) 에서의 크랙들을 검출하기 위한 배열체의 제 3 예를 도시한다. 배열체 (1-3) 는 배열체 (1-2) 와 유사하다. 하지만 제 3 예에 있어서의 코일 배열체 (3-3) 는 하나의 송신기 코일 (24), 제 1 수신기 코일 (7), 제 2 수신기 코일 (9), 제 3 수신기 코일 (25), 및 제 4 수신기 코일 (27) 을 포함한다.
송신기 코일 (24) 은 제 1 수신기 코일 (7) 및 제 3 수신기 코일 (25) 에 인접하여 배열된 제 1 권선부 (24a), 이 제 1 권선부 (24a) 에 수직으로 또는 본질적으로 수직으로 배열된 제 2 권선부 (24b), 그리고 제 1 권선부 (24a) 에 수직으로 또는 본질적으로 수직으로 배열되고 제 4 수신기 코일 (27) 에 인접한 제 3 권선부 (24c) 를 갖는다.
배열체 (1-3) 는, 예를 들어 트랜지스터의 형태의 신호 발생기 (13-2), 제어 유닛 (15), 제 1 증폭 회로 (7-1), 제 2 증폭 회로 (9-1), 제 3 증폭 회로 (10-1), 제 4 증폭 회로 (11-1), 신호 처리 유닛 (17), 및 컴퓨팅 유닛 (19) 을 더 포함한다.
제 3 예의 동작은 이전 예들과 유사하므로 본 명세서에서 간단하게만 설명될 것이다.
동작시에, 송신기 코일 (24) 에 그리고 그리하여 제 1 권선부 (24a), 제 2 권선부 (24b) 및 제 3 권선부 (24c) 의 각각에 시변 전류 i(t) 를 공급할 수 있는 신호 발생기 (13-2) 의 스위칭을 제어하기 위해 제어 유닛 (15) 으로부터의 제어 신호들이 신호 발생기 (13-2) 에 공급된다. 상기 기재된 바와 같이, 시변 전류 i(t) 는 예를 들어 전류 펄스들일 수도 있다.
시변 전류 i(t) 가 송신기 코일 (24) 에서 흐름에 따라, 그것은 전류들을 유도하며, 그리하여 코일 배열체 (3-3) 에 대해 방향 (A) 으로 이동하는 금속 재료 (M) 에서 상이한 방향들로, 자기장들을 유도한다. 제 1 권선부 (24a) 는 금속 재료에서 제 1 방향으로 제 1 전류 (i1) 를 유도한다. 제 2 권선부 (24b) 는 금속 재료에서 제 2 전류 (i2) 를 유도하고, 제 2 전류 (i2) 는 제 1 전류 (i1) 에 본질적으로 수직이다. 제 3 권선부 (24c) 는 금속 재료 (M) 에서 제 2 전류 (i2) 에 본질적으로 평행한 제 3 전류 (i3) 를 유도한다.
제 1 수신기 코일 (7) 은 제 1 전류 (i1) 에 의해 생성된 자기장을 검출할 수 있도록 배열된다. 제 2 수신기 코일 (9) 은 제 2 전류 (i2) 에 의해 생성된 자기장을 검출할 수 있도록 배열된다. 제 3 수신기 코일 (25) 은 제 1 수신기 코일 (7) 과는 상이한 위치에서 제 1 전류 (i1) 에 의해 생성된 자기장을 검출할 수 있도록 배열된다. 제 4 수신기 코일 (27) 은 제 3 전류 (i3) 에 의해 생성된 자기장을 검출할 수 있도록 배열된다.
제 2 수신기 코일 (7) 은 금속 재료 (M) 의 제 1 스트립 (Sa) 을 따른 크랙 검출을 위한 것이다. 제 1 수신기 코일 (9) 은 금속 재료 (M) 의 제 2 스트립 (Sb) 을 따른 크랙 검출을 위한 것이다. 제 3 수신기 코일 (25) 은 금속 재료 (M) 의 제 3 스트립 (Sc) 을 따른 크랙 검출을 위한 것이고, 제 4 수신기 코일 (27) 은 금속 재료 (M) 의 제 4 스트립 (Sd) 을 따른 크랙 검출을 위한 것이며, 스트립들 (Sa-Sd) 은 평행 스트립들이다. 상기에 자세히 설명한 바와 같이, 제 1 권선부 (24a), 제 2 권선부 (24b) 및 제 3 권선부 (24c) 의 배향은, 스트립들 (Sa-Sd) 을 따라 효과적으로 검출될 수 있는 크랙들의 배향을 결정한다.
제 1 수신기 코일 (7), 제 2 수신기 코일 (9), 제 3 수신기 코일 (25) 및 제 4 수신기 코일 (27) 이 수신기 코일들 (7, 9, 25, 및 27) 의 각각에서 전류들의 유도에 의해 각각의 자기장들을 검출할 때에, 이들 신호들, 즉, 전류들은, 스트립에 크랙이 존재하는지의 여부의 결정 및 추가적인 처리를 위해 컴퓨팅 유닛 (19) 및 신호 처리 유닛 (17) 에 의해 수신되기 이전에, 각각 증폭 회로들 (7-1 내지 11-1) 로 전송된다.
도 4 는 금속 재료 (M) 에서의 크랙들을 검출하기 위한 배열체의 제 4 예의 도면을 나타낸다. 배열체 (1-4) 는 코일 배열체 (3-4), 신호 발생기 (13-2) 및 컴퓨팅 유닛들 (19-1 및 19-2) 을 포함한다.
배열체 (1-4) 는, 배열체 (1-4) 의 코일 배열체 (3-4) 에 대해 금속 재료 (M) 의 이동 방향 (A) 에 평행한 크랙들, 이동 방향 (A) 에 본질적으로 수직인 크랙들, 및 또한 이들 극단적인 상황들 사이의 배향을 갖는 크랙들을 검출하기 위해 사용될 수도 있다.
코일 배열체 (3-4) 는 제 1 로우 (row) (R1) 및 제 2 로우 (R2) 에 배열된 복수의 송신기 코일들 (24) 을 포함하고, 제 2 로우 (R2) 에서의 송신기 코일들 (24) 은 제 1 로우 (R1) 에서의 송신기 코일들 (24) 과 부분적으로 중첩한다. 제 2 로우 (R2) 의 송신기 코일들 (24) 은, 제 1 로우 (R1) 의 송신기 코일들 (24) 에 관하여 코일 배열체 (3-4) 에 대해 금속 재료 (M) 의 이동 방향 (A) 에 수직인 방향으로 변위된다. 제 2 로우 (R2) 는 코일 배열체 (3-4) 에 대해 금속 재료 (M) 의 이동 방향 (A) 으로 제 1 로우 (R1) 에 대해 하향에 있다. 이러한 코일 구성에 의해, 금속 재료 (M) 의 전체 표면에 걸쳐 크랙들에 대해 비교적 높은 분해능을 갖는 스캔이 수행될 수도 있다.
제 1 로우 (R1) 와 제 2 로우 (R2) 간의 중첩은 임의로 선택될 수도 있다. 제 4 예의 하나의 변형예에 있어서, 제 2 로우의 송신기 코일들은 송신기 코일들의 제 1 로우에 대해 변위되지 않는다.
각각의 송신기 코일 (24) 은, 제 3 예의 개시물과 관련하여 상기 기재된 바와 같이 제 1 권선부 (24a), 제 2 권선부 (24b) 및 제 3 권선부 (24c) 를 갖는다. 대안적으로, 제 1 예에서 기재된 타입의 이등변 삼각형 형상의 송신기 코일들을 사용하여 송신기 코일들의 제 1 및 제 2 로우들을 생성할 수도 있다. 게다가, 금속 재료 (M) 의 측면 부분을 스캔하도록 배열되지 않은 각각의 송신기 코일 (24) 은, 제 3 실시형태를 참조하여 이미 자세히 설명한 바와 같이, 제 1 권선부 (24a), 제 2 권선부 (24b), 및 제 3 권선부 (24c) 의 변들에 놓여진 4 개의 수신기 코일들과 연관된다.
제 1 로우 (R1) 및 제 2 로우 (R2) 에서의 송신기 코일들 (24) 에는 신호 발생기 (13-2) 에 의해 제공된 시변 전류들 i(t) 이 공급된다. 신호 발생기 (13-2) 는 예를 들어 트랜지스터들의 체인에 의해 구현될 수도 있다. 각각의 송신기 코일 (24) 에는 각각의 트랜지스터를 통해 시변 전류 i(t) 가 공급될 수도 있다. 신호 발생기 (13-2) 의 스위칭은 제어 유닛 (15) 에 의해 제어될 수 있다.
하나의 실시형태에 있어서, 시변 전류 i(t) 는 전류 펄스열이다. 신호 발생기 (13-2) 는, 한 번에 하나의 송신기 코일 (24) 만이 신호 발생기 (13-2) 로부터의 전류 펄스를 수신하도록 스위칭되는 것이 바람직하다. 송신기 코일들 (24) 에는 계속해서 전류 펄스가 공급될 수도 있고, 여기서 송신기 코일 (24) 에 의해 발생된 자기장들은, 다른 송신기 코일 (24) 에 전류 펄스가 공급되기 이전에 그 연관된 수신기 코일들에 의해 검출될 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 전류 펄스들은 다음의 순서: a, b, c, d, e 로 송신기 코일들 (24) 에 공급되고, 여기서 a, b, c, d 및 e 는 송신기 코일들 (24) 의 배열 순서를 나타낸다. 그 후 시퀀스가 반복된다. 각각의 송신기 코일은 하나의 실시형태에 있어서 약 20 밀리초간 활성화될 수도 있고, 여기서 그 송신기 코일과 연관된 측정들은 송신기 코일의 비활성화 이후에 약 0.1 밀리초간 실시된다.
하나의 변형예에 있어서, 모든 다른 송신기 코일 (24) 은 각각의 측정 시퀀스에서 활성화될 수도 있다. 제 1 시퀀스에서, 위치들 a, c 및 e 에서의 송신기 코일들 (24) 이 예를 들어 활성화될 수도 있고, 여기서 다음 시퀀스에서, 위치들 b 및 d 에서의 송신기 코일들 (24) 이 활성화될 수도 있다. 금속 재료가 코일 배열체 (3-4) 에 대해 방향 (A) 으로 이동함에 따라 이들 시퀀스들은 반복된다. 이것은 시퀀스의 매 반복에서 모든 송신기 코일들을 연속하여 활성화함으로써 가능한 것보다 더욱 신속하게 시퀀스가 실시되게 된다면 유익할 수도 있다.
상기 설명된 바와 같이, 측정들은 전류 펄스 이후에, 예컨대, 전류 진폭이 본질적으로 0 으로 설정되었을 때에, 수신기 코일들에 의해 통상적으로 실시된다. 송신기 코일 (24) 과 연관된 수신기 코일들에 의한 측정들은, 다음 전류 펄스가 다른 송신기 코일 (24) 에 제공되기 이전에 통상적으로 수행된다. 이러한 절차는 제 3 예에 대해 상기 기재된 바와 동일하다.
각각의 제 1 전류를 검출하도록 배열된 수신기 코일들에 의해 검출된 모든 신호들은 처리를 위해 컴퓨팅 유닛 (19-1) 으로 전송된다. 각각의 제 2 전류 또는 제 3 전류를 검출하도록 배열된 수신기 코일들에 의해 검출된 모든 신호들은 처리를 위해 컴퓨팅 유닛 (19-2) 으로 전송된다. 이에 따라 상이한 배향을 갖는 크랙들이 평가되고 검출될 수 있다.
제 4 예에 의하면, 측정들은, 크랙들에 대해 검출되게 될 금속 재료의 전체 폭을 따라 실시될 수도 있다. 이것은, 고정된 코일 배열체 (3-4) 로 크랙 검출이 수행되는 이동식 금속 재료에 의한 금속 제조 공정에서 매우 유리하다. 유리하게, 크랙 검출은 금속 재료의 전체 폭을 따라 수행될 수도 있을 뿐만 아니라, 크랙들을 검출할 가능성이 임의의 크랙 배향에 대해 획득되게 된다. 금속 제조시에 금속 재료들의 크랙 검출에 대해 의도되지 않은, 도 5 에 도시된 배열체와 같은 종래 기술의 솔루션들은, 금속 재료의 전체 폭을 스캔하기 위한 하나의 매우 큰 송신기 코일과, 큰 송신기 코일의 수직 변들을 따라 놓이는 수신기 코일을 사용할 수 있었다. 하지만 이것은 금속 제조 공정에서의 금속 재료와 같이 높은 전기 저항률을 발현하는 오브젝트들의 측정들에 대해 적합하지 않을 것이다. 이러한 큰 송신기 코일은 측정들이 너무 느릴 것이다. 이러한 측정 문제에 대해 적절히 설계된 송신기 코일 상에, 예를 들어 거리 20 mm 에서, 검사되게 될 금속 재료에서 충분히 큰 전류를 유도할 수 있기 위해서, 약 0.5-1.0 mH 의 인덕턴스를 제공한다. 이것은, 고도로 전기적으로 저항성인 오브젝트들의 측정에 대해 너무 느린 시간 상수인 10-20 μs 가 넘는 시간 상수를 야기할 것이다. 대조적으로, 본 명세서에 제공된 제 4 예에 따른 배열체에서는, 높은 전기 저항률 측정들에 대해 약 1 μs 의 시간 상수로, 약 0.04 mH 의 인덕턴스에서 동일한 유도된 전류가 제공될 수 있다.
게다가, 큰 코일은 너무 큰 내부 저항을 가질 것이기 때문에, 금속 제조 공정에 상기 서술된 큰 송신기 코일을 개작하는 것은 곤란할 것이다. 예를 들어, 금속 재료가 폭 1.5 m 를 가지고 큰 송신기 코일이 10 개의 권선 횟수 (winding turn) 들을 갖는 경우, 코일의 전체 길이가 60 m 일 것이다. 높은 전기 저항률을 갖는 오브젝트들의 측정들을 수행할 수 있기 위해서, 회로 와이어에 어떠한 방해 전류들/간섭 전류들이 유도되지 않도록 회로 와이어는 얇아야 한다. 적합한 와이어 직경은 0.05 mm 이어서, 1 Ω/m 저항률을 야기한다. 따라서 60 m 권선에 대해, 저항률은 60 Ω 일 것이다. 송신기 코일에 공급된 전류가, 예를 들어 금속 제조시에 금속 재료들의 측정들에 대해 적합한 전류인 1 A 인 경우, 공급 전압은, 이들 응용들에서 저 전압으로 간주될 수 없는 60 V 이어야 할 것이고, 분명한 문제가 될 것이다.
본 명세서에 개시된 임의의 예에 적용될 수도 있는 하나의 변형예에 따르면, 금속 재료의 표면이 크랙들에 대해 검사되고 있을 때에 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면에 평행한 평면에서, 각각의 송신기 코일은 최소 치수를 가지며, 이 최소 치수는 표면이 크랙들에 대해 검사될 때에 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 각각으로부터 표면까지의 거리보다 상당히 더 크다. 상당히 더 큰 치수란, 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 각각으로부터 표면까지의 거리의 적어도 2 배인 것을 일반적으로 의미한다. 그 거리는 하나의 변형예에 따라 적어도 3 배 더 크거나 또는 적어도 4 배 더 크거나, 또는 휠씬 더 클 수 있다. 크랙 검사 동안 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 각각과 표면 간의 거리는, 예를 들어 약 10-20 mm 일 수도 있고, 여기서 송신기 코일의 길이 및 폭의 관점에서의 최소 치수는, 약 30-120 mm, 40-120 mm, 50-120 mm, 60-120 mm 의 범위에 있거나 또는 그보다 휠씬 더 클 수도 있다. 이 단락에서 서술된 치수들은 본 명세서에 개시된 임의의 예의 임의의 권선부에 적용된다.
도 6a 는 본 명세서에 제시된 임의의 예에 따른 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 의 측단면도를 나타낸다. 하기 설명은 본 명세서에 기재된 임의의 권선부, 예컨대 제 2 권선부들에 동일하게 적용됨에 유의한다. 금속 제조 공정에서 금속 재료 (M) 의 크랙 검사 동안, 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a), 뿐만 아니라 그 권선부가 일부를 형성하는 전체 송신기 코일은, 금속 재료 (M) 의 표면 (34) 으로부터 거리 D 에 배열된다. 도 6a 에서, 제 1 전류 i1(t) 가 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 를 통해 흐른다. 제 1 전류 i1(t) 는, 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 에서의 제 1 전류 i1(t) 의 흐름 방향에 대해 반대 방향으로 흐르는, 전류를 금속 재료 (M) 에서 유도한다. 송신기 코일의 리턴 회로 (36) (이 리턴 회로에서 전류가 신호 발생기로 다시 흐른다) 와 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 사이의 거리 D0 는 일정한 비율로 도시된 것이 아니다. 송신기 코일의 평면 치수, 즉 길이 및 폭 치수는, 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 로부터 표면 (34) 까지의 거리 D 보다 상당히 더 크다.
도 6b 는 송신기 부분 (40) 및 리턴 회로 부분 (42) 을 갖는 종래 기술의 송신기 코일 (38) 의 대응하는 예를 나타낸다. 송신기 코일 (38) 및 그리하여 송신기 부분 (40) 은 크랙들에 대해 검사되게 될 금속 재료 (M) 의 표면 (34) 으로부터 거리 D1 에 배열된다. 송신기 부분 (40) 및 리턴 회로 부분 (42) 은 서로로부터 거리 D2 에 배열된다. 도 6b 에서 알 수 있듯이, 거리 D1 및 D2 는 본질적으로 동일하다. 송신기 부분 (40) 으로부터 표면 (34) 까지의 거리 D1 에 관하여, 송신기 부분 (40) 및 리턴 회로 부분 (42) 의 상대적인 근접성으로 인해, 리턴 회로 부분 (42) 에 의해 생성된 반대로 지향된 전자기장들은 송신기 부분 (40) 아래의 전체 전자기장에 방해 인자를 제공한다.
금속 제조 공정에 있어서 도 6b 에 나타낸 것에 비교해서 도 6a 에 나타낸 설계의 상대적인 치수들의 이점들에 대해 이제 간략하게 설명할 것이다. 도 6a 의 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 및 도 6b 의 송신기 부분 (40) 에 동일한 크기의 전류가 공급되고, 그리고 그들이 동일한 수의 권선들을 갖는다고 가정하면, 금속 재료 위의 전자기장은 도 6a 에서 더 클 것이다. 결과적으로, 금속 재료 (M) 에 유도된 전류가 또한 더 커지게 된다. 따라서, 연관된 수신기 코일에 유도된 전류가 또한 더 커지게 되고, 그리하여 크랙들의 검출이 더욱 민감하게 된다. 도 6a 에서, 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 아래의 금속 재료 (M) 와 평행인 자기장 By 은 관계 By=상수/D 에 의해 결정되고, 한편 도 6b 에서의 송신기 코일 (38) 의 송신기 부분 (40) 아래의 동일한 자기장은 관계 By=상수/D1-상수*D1/(D2 2+D1 2) 에 의해 결정된다. 두 경우들에서 금속 재료 (M) 에 유도된 전류는 자기장 By 에 비례한다. 이들 관계들로부터, 도 6b 의 설계가 금속 재료 (M) 의 표면 (34) 과 송신기 코일 (38) 사이의 거리 변화에 더욱 민감하다고 또한 판단할 수 있다. 대조적으로, 도 6a 에 나타낸 설계에 의해, 수신기 코일에서의 전류 변화가 송신기 코일과 표면 (34) 사이의 거리 변화로 인한 것인지 또는 그 전류 변화가 표면 (34) 의 크랙으로 인한 것인지를 판단하기가 실질적으로 더 쉽다. 크랙 검출 동안 코일 배열체가 고정 배열될 때에 특히 관련되고, 표면 (34) 으로부터 송신기 코일로의 거리가 상당히 변화될 수도 있다. 마지막으로, 본 개시물에 따른 송신기 코일의 더 큰 치수는, 도 6a 에 나타낸 바와 같이, y 방향으로 더 넓은 영역에서 전류들이 유도될 것이기 때문에, 송신기 코일에 의해 더 넓은 영역이 스캔될 수도 있음을 야기한다.
게다가, 본 명세서에 개시된 임의의 예에 따르면, 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 각각은, 크랙 검사 동안 크랙들에 대해 검사되게 될 표면에 평행한 평면에서의 직선 연장부, 또는 크랙들에 대해 검사되고 있는 금속 재료에서 직선 방향으로 흐르는 전류를 유도하도록 하는 형상의 적어도 연장부를 가질 수도 있다. 제 1 권선부로부터 제 1 수신기 코일로의 거리는, 크랙들에 대해 금속 재료의 표면이 검사되고 있을 때에 제 1 권선부로부터 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면까지의 거리와 본질적으로 동일하다. 제 2 권선부로부터 제 2 수신기 코일로의 거리는, 크랙들에 대해 금속 재료의 표면이 검사되고 있을 때에 제 2 권선부로부터 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면까지의 거리와 본질적으로 동일하다. 그리하여 검사 동안 제 1 권선 및 제 2 권선의 각각으로부터 금속 재료의 표면까지의 거리는 권선부와 그에 연관된 수신기 코일 사이의 거리와 동일한 크기를 갖는다. 예로서, 제 1 권선부로부터 제 1 수신기 코일까지의 제 1 거리는, 제 1 권선부로부터 금속 재료가 크랙 검사를 위한 위치에 있을 때에 크랙들에 대해 검사될 금속 재료의 표면까지의 제 2 거리로부터, 40 % 미만 상이할 수도 있고, 하나의 실시형태에 따르면 심지어 20 % 미만 상이할 수도 있다. 하나의 실시형태에 따르면, 제 1 거리와 제 2 거리 사이의 길이 차이는 10 % 미만일 수도 있다. 대응하는 거리들 간의 이들 관계들은, 제 2 권선부와 제 2 수신기 코일뿐만 아니라, 본 명세서에 제시된 임의의 예의 임의의 권선부와 연관된 수신기 코일에 대해 필요한 부분만 약간 수정하여 적용된다. 바람직하게, 본 명세서에 제시된 모든 예들의 모든 권선부들과 수신기 코일들은, 크랙 검사 동안 금속 재료의 표면에 본질적으로 평행한, 동일 평면에 배열된 길이 및 폭 연장부들을 갖는다.
도 7a 및 도 7b 는 각각 본 개시물의 예에 따른 송신기 코일 및 수신기 코일, 그리고 금속 제조 공정에 사용되는 GB 2　401　947 에서 제안된 치수들을 갖는 송신기 코일 (38) 및 연관된 수신기 코일 (44) 의 개략 측단면도들을 나타낸다. 하기 설명은 본 명세서에 기재된 임의의 권선부, 예컨대 제 1 권선부들 및 제 2 권선부들에 동일하게 적용된다는 것에 유의한다. 금속 제조 공정에서 금속 재료 (M) 의 크랙 검사 동안, 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a), 뿐만 아니라 그 권선부가 일부를 형성하는 전체 송신기 코일은, 크랙 검사를 위한 위치에 있는 금속 재료 (M) 의 표면 (34) 으로부터 거리 D 에 배열된다.
도 7a 에서, 제 1 전류 i1(t) 가 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 를 통해 흐른다. 제 1 전류 i1(t) 는, 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 에서의 제 1 전류 i1(t) 의 흐름 방향에 대해 반대 방향으로 흐르는, 전류를 금속 재료 (M) 에서 유도한다. 연관된 수신기 코일, 예컨대 이 경우에 제 1 수신기 코일 (7) 은 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 로부터 거리 D3 에 배열되고, 거리 D3 은, 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 로부터 크랙들 (C) 에 대해 검사되기 위한 위치에 있는 금속 재료 (M) 의 표면 (34) 까지의 거리와 동일한 크기를 갖는다.
도 7b 는 송신기 부분 (40) 및 수신기 코일 (44) 을 갖는 종래 기술의 송신기 코일 (38) 의 대응하는 예를 나타낸다. 송신기 코일 (38) 및 그리하여 송신기 부분 (40) 은 크랙들에 대해 검사되게 될 금속 재료 (M) 의 표면 (34) 으로부터 거리 D1 에 배열된다. 수신기 코일 (44) 은 송신기 코일 (38) 로부터 거리 D4 에 배열된다. 알 수 있듯이, 송신기 코일 (38) 과 수신기 코일 (44) 사이의 거리 D4 는, 송신기 코일 (38) 과 크랙 검사를 위한 위치에 있는 금속 재료 (M) 의 표면 (34) 사이의 거리 D1 보다 상당히 더 작다.
도 7a 의 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 및 도 7b 의 송신기 부분 (40) 에 동일한 크기의 전류가 공급되고, 그리고 그들이 동일한 수의 권선들을 갖는다고 가정하면, 금속 재료 위의 전자기장은 도 7a 에서 더 클 것이다. 결과적으로, 금속 재료 (M) 에 유도된 전류가 또한 더 커지게 된다. 따라서, 연관된 수신기 코일에 유도된 전류가 또한 더 커지게 되고, 그리하여 크랙들의 검출이 더욱 민감하게 된다. 도 7a 에서, 금속 재료 (M) 에서 유도된 전류 is 에 의해 생성된 자기장 Bi 의 x-성분 Bix 는 다음의 관계
Bix=상수*is*D3/(D3 2+D2)
에 의해 결정된다.
도 7b 에서의 대응하는 자기장 Bix 는 다음의 관계
Bix=상수*is*D4/(D4 2+D1 2)
에 의해 결정된다.
도 7a 의 제 1 수신기 코일 (5a, 21a, 24a) 아래에 또는 도 7b 의 송신기 코일 (40) 아래에 나타나는 표면 (34) 에서의 크랙 (C) 은, 그 크랙 (C) 에 직면하는 금속 재료 (M) 에서 그 유도된 전류 is 를 변경시킨다. 이에 따라 자기장 Bi 이 또한 변경된다. 도 7a 의 배열체에 대해 자기장의 x-성분 Bix 에서의 변화 dBix 는 다음의 관계
dBix=상수*is*(D3+dy)/((D3+dy)2+D2)
에 의해 추정될 수 있고,
도 7b 의 종래 기술의 배열체에 대해 자기장의 x-성분 Bix 에서의 변화 dBix 는 다음의 관계
dBix=상수*is*(D4+dy)/((D4+dy)2+D1 2)
에 의해 추정될 수도 있다.
이들 관계들을 비교함으로써, 예를 들어, 도 7a 에서 거리 D 가 D3 과 동일한 경우 및 도 7b 의 종래 기술의 배열체에서 거리 D1 이 D4 의 4 배인 경우 및 dBix 의 변화는 도 7a 의 배열체에서 약 2 배 더 클 것이라고 판단할 수 있다. 게다가, 표면 (34) 과 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 사이의 거리 변동들은 도 7b 의 송신기 코일 (38) 에 대한 경우보다 더 적게 크랙 측정들에 영향을 준다고 또한 판단할 수 있다. 그리하여 도 7a 의 배열체에서, 자기장 강도의 변화가 크랙으로 인한 것인지 또는 제 1 권선부 (5a, 21a, 24a) 와 표면 (34) 사이의 거리 변동으로 인한 것인지의 여부를 결정하는 것이 상당히 더 용이하다.
또한, 도 7a 의 배열체가 도 7b 의 배열체에 비교해서 dy 의 크기의 변화에 덜 민감하다고 또한 판단할 수 있다. 그리하여, x 축을 따른 제 1 수신기 코일 (5a, 21a, 24a) 의 중심선으로부터의 크랙의 편차에 있어서의 변화들은, 도 7b 의 배열체에 비교해서, 수신기 코일 (7) 에 의해 검출될 수 있는 자기장 Bi 의 비교적 작은 변화를 생성한다. 이에 따라 y 축을 따른 효율적인 크랙 검출이 더 적은 수신기 코일들에 의해 유지될 수도 있다.
삭제
앞서 언급된 바와 같이, 본 명세서에 제시된 임의의 실시형태들, 예컨대 상기 제 4 예는, 상기 기재된 바와 같은 치수들을 갖는 송신기 코일들을 가질 수도 있다. 게다가, 각각의 송신기 코일과 그것에 연관된 수신기 코일들 사이의 거리가 상기 기재된 바와 같이 있을 수도 있다.
코일 배열체와 검사되게 될 금속 재료의 표면 사이의 원하는 거리를 유지시키기 위해서, 본 명세서의 임의의 예에 따른 배열체는, 예를 들어 검사되게 될 금속 재료에 대면하도록 배열된 코일 배열체의 그 표면 상에 배열될 수도 있는 평평한 디스크의 형태의 보호 부재를 포함할 수도 있다. 따라서, 보호 부재는 배열체가 사용중일 때에 코일 배열체와 금속 재료 사이에 개재된다. 보호 부재는, 크랙들에 대해 검사되게 될 금속 재료에서 전류가 유도될 수도 있도록 송신기 코일들에 의해 발생된 전자기장들이 보호 부재를 관통하도록 허용하는 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 보호 부재는 크랙 검사가 뜨거운 표면들 상에서 실시될 때에 코일 배열체를 냉각시키기 위한 수 냉각 시스템을 포함할 수도 있다. 보호 부재의 두께는 예를 들어, 약 5-10 mm 일 수도 있다.
상기 기재된 4 개의 예들 중 임의의 것에 있어서, 코일 배열체는 기판에 또는 기판 상에 배열되어 이에 따라 높이 치수보다 실질적으로 더 큰 길이 치수 및 폭 치수를 갖는 본질적으로 평평한 코일 배열체를 정의할 수도 있고, 그 높이 치수는 코일 배열체 아래에 배열될 때의 검사될 금속 재료의 표면에 대한 법선과 평행한 방향으로 있다. 하지만 다른 설계들이 또한 이 개시물의 범위 내에서 가능하다는 것에 유의한다.
본 발명의 개념은 주로 몇몇의 실시형태들을 참조하여 상기 기재되었다. 하지만, 당업자에 의해 쉽게 이해되듯이, 상기 개시된 실시형태들 이외의 다른 실시형태들이 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 동일하게 가능하다. 수신기 코일들의 종방향 연장부는 예를 들어 그들 간에 상이할 수도 있다. 또한, 제 1 권선부 및 제 2 권선부의 연장부가 그 대응하는 수신기 코일들의 길이에 대응하는 거리에 걸쳐 본질적으로 일정하기만 하다면, 송신기 코일들의 형상은 원형 또는 타원형과 같은 임의의 종류의 형상일 수 있다. 수신기 코일들은 또한 상이한 형상들을 가질 수도 있다.

Claims (24)

  1. 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) 로서, 금속 제작 공정에 대해 상기 배열체에 관하여 이동하는 금속 재료 (M) 의 스트립 (S) 을 따라 크랙들을 검출하기 위한 상기 배열체로서:
    - 상기 스트립 (S) 의 부분에서 제 1 방향으로 제 1 전류 (i1) 를 유도하기 위해 상기 제 1 방향으로 연장하는 제 1 권선부 (winding portion) (5a; 21a; 24a),
    - 상기 스트립 (S) 의 상기 부분에서 제 2 방향으로 제 2 전류 (i2) 를 유도하기 위해 상기 제 2 방향으로 연장하는 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 로서, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 교차하는, 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b),
    - 상기 제 1 전류 (i1) 에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된 제 1 수신기 코일 (7), 및 상기 제 2 전류 (i2) 에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열된 제 2 수신기 코일 (9) 을 갖고, 상기 금속 제작 공정에서 크랙 검사 동안 고정 배열되는 코일 배열체 (3-1; 3-2; 3-3) 로서, 상기 제 1 전류 (i1) 에 의해 발생된 자기장 및 상기 제 2 전류 (i2) 에 의해 발생된 자기장은, 상기 스트립 (S) 의 상기 부분에 크랙이 존재하는지의 여부의 척도 (measure) 및 상기 크랙의 방향을 제공하고, 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 는 상기 제 1 수신기 코일 (7) 로부터 제 1 거리에 배열되는, 상기 코일 배열체 (3-1; 3-2; 3-3); 및
    상기 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) 가 사용중일 때에, 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 와 상기 금속 재료의 표면 사이에 제 2 거리를 유지하기 위해 상기 코일 배열체 (3-1; 3-2; 3-3) 와 상기 금속 재료 사이에 개재되도록 배열된 보호 부재를 포함하고,
    상기 제 2 거리에 대한 상기 제 1 거리의 비 및 상기 제 1 거리에 대한 상기 제 2 거리의 비는 1.4 보다 작은, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 수직인, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 는 그 크랙 검사 동안 상기 금속 재료 (M) 의 이동 방향 (A) 에 관해 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 의 하류에 배열되는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수신기 코일 (7) 은 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 의 일 변 (side) 에 배열되고,
    상기 제 2 수신기 코일 (9) 은 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 의 일 변에 배열되고,
    상기 제 1 수신기 코일 (7) 및 상기 제 2 수신기 코일 (9) 둘다는 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 및 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 와 동일한 평면에 배열되는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 수신기 코일 (7) 의 권선 (7a) 은 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 와 평행하게 배열되고,
    상기 제 2 수신기 코일 (9) 의 권선 (9a) 은 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 와 평행하게 배열되는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 는, 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 가 상기 제 1 수신기 코일 (7) 의 상기 권선 (7a) 과 평행한 거리 (d) 를 따라 일정한 연장 방향을 가지며,
    상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 는, 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 가 상기 제 2 수신기 코일 (9) 의 상기 권선 (9a) 과 평행한 거리 (d) 를 따라 일정한 연장 방향을 갖는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 재료 (M) 에서 상기 제 1 전류 (i1) 및 상기 제 2 전류 (i2) 를 유도하기 위한 상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 및 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 에 시변 전류를 공급하도록 배열된 신호 발생기 (13; 13-1; 13-2) 를 포함하는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 는 직각 삼각형인 송신기 코일 (11) 의 제 1 레그 (leg) 를 정의하고,
    상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 는 상기 직각 삼각형인 송신기 코일 (11) 의 제 2 레그를 정의하고,
    상기 제 1 레그 및 상기 제 2 레그는 수직 레그들인, 배열체 (1-1).
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 및 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 는 전기적으로 분리된 코일들의 일부를 형성하고,
    상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 및 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 의 각각은 개별 시변 전류가 공급되도록 배열되는, 배열체 (1-2).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 및 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 의 각각은 각각의 직사각형 형상인 송신기 코일 (21-1, 21-2) 의 일부를 형성하는, 배열체 (1-2).
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 시변 전류는 펄스열 (pulse train) 인, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 및 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 의 각각에 상기 시변 전류를 교대로 제공함으로써, 상기 금속 재료 (M) 에서 상기 제 1 전류 (i1) 및 상기 제 2 전류 (i2) 를 교대로 유도하기 위해 상기 신호 발생기 (13; 13-1; 13-2) 를 제어하는 제어 유닛 (15) 을 포함하는, 배열체 (1-2; 1-4).
  13. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립 (S) 에 크랙 (C) 이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 상기 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 검출된 자기장 및 상기 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 검출된 자기장에 기초한 신호들을 수신하도록 배열된 컴퓨팅 유닛 (19; 19-1; 19-2) 을 포함하는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛 (19; 19-1; 19-2) 은, 상기 제 1 수신기 코일 (7) 에 의해 검출된 자기장 및 상기 제 2 수신기 코일 (9) 에 의해 검출된 자기장에 기초하여 검출된 크랙 (C) 의 연장 방향을 결정하도록 배열되는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  15. 제 9 항에 있어서,
    - 상기 제 1 수신기 코일 (7) 과 동일한 축을 따라 배열된 권선 (25a) 을 갖는 제 3 수신기 코일 (25) 을 포함하고,
    상기 제 3 수신기 코일 (25) 의 상기 권선 (25a) 은 상기 제 1 전류 (i1) 에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열되는, 배열체 (1-3; 1-4).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 권선부 (24b) 와 평행하고 상기 금속 재료 (M) 에서 제 3 전류 (i3) 를 유도하기 위한 제 3 권선부 (24c), 및 상기 제 2 수신기 코일 (9) 의 권선 (9a) 과 평행하게 배열된 권선 (27a) 을 갖는 제 4 수신기 코일 (27) 을 가지며,
    상기 제 4 수신기 코일 (27) 의 상기 권선 (27a) 은 상기 금속 재료 (M) 에서 상기 제 3 전류 (i3) 에 의해 발생된 자기장을 검출하도록 배열되는, 배열체 (1-3; 1-4).
  17. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 권선부 (5a; 21a; 24a) 는 송신기 코일의 일부를 형성하고,
    상기 송신기 코일은, 상기 금속 재료의 표면이 크랙들에 대해 검사될 때에 크랙들에 대해 검사될 상기 금속 재료의 상기 표면에 평행한 평면에서, 상기 제 2 거리의 적어도 2 배인, 길이 및 폭의 최소 치수들을 갖는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 송신기 코일의 길이 및 폭의 상기 최소 치수들은, 상기 제 2 거리의 적어도 3 배인, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 거리에 대한 상기 제 1 거리의 비 및 상기 제 1 거리에 대한 상기 제 2 거리의 비는 1.2 보다 작은, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  20. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 는 상기 제 2 수신기 코일 (9) 로부터 제 1 거리에 배열되고, 상기 보호 부재는 상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 와 상기 금속 재료의 표면 사이에 제 2 거리를 유지하고, 상기 제 2 거리에 대한 상기 제 1 거리의 비 및 상기 제 1 거리에 대한 상기 제 2 거리의 비는 1.4 보다 작은, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 거리에 대한 상기 제 1 거리의 비 및 상기 제 1 거리에 대한 상기 제 2 거리의 비는 1.2 보다 작은, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 권선부 (5b; 21b; 24b) 는 송신기 코일의 일부를 형성하고,
    상기 송신기 코일은, 상기 금속 재료의 표면이 크랙들에 대해 검사될 때에 크랙들에 대해 검사될 상기 금속 재료의 상기 표면에 평행한 평면에서, 상기 제 2 거리의 적어도 2 배인, 길이 및 폭의 최소 치수들을 갖는, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 송신기 코일의 길이 및 폭의 상기 최소 치수들은, 상기 제 2 거리의 적어도 3 배인, 배열체 (1-1; 1-2; 1-3; 1-4).
  24. 삭제
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