KR101756263B1 - 회전형 자기 탐상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서 모듈을 회전형으로 구성하여 탐상 시 센서 모듈에서 발생하는 자력선의 방향과 결함의 방향이 유사함에 따라 발생하는 미탐상을 최소화하여 높은 탐상 특성을 나타내는 회전형 자기 탐상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 후판의 결함을 탐지하는 회전형 자기 탐상 장치에 있어서, 다수의 단위 센서와 상기 단위 센서 주변에 자력을 제공하는 자석을 포함하고 후판 외면에 위치하여 회전하는 회전 센서 모듈, 상기 회전 센서 모듈에 결합하여 상기 단위 센서에서 감지되는 신호를 외부로 전송하는 슬립링 및 상기 슬립링을 통하여 전송되는 상기 단위 센서 신호를 이용하여 강판의 결함을 감지하는 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전형 자기 탐상 장치{Apparatus for detecting defect using rotational megnetic sensor}

본 발명은 회전형 자기 탐상 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 후판의 결함을 정교하게 탐상할 수 있는 회전형 자기 탐상 장치에 관한 것이다.

통상 산업적으로 이용되는 강판은 냉연 강판을 의미하며, 열연강판을 산으로 세척한 후, 상온에서 압연하여 두께가 고르고 표면이 매끈하고 광택이 나도록 만든 강판이다. 상기 냉연 강판은 표면이 고우며 치수 정확도, 편평도 및 성형성이 우수하여 자동차 내외부, 사무용 기기, 냉장고와 세탁기 등의 가전기구, 및 주방 기구 등에 넓게 사용되고 있어, 산업적으로 매우 중요한 원자재에 해당한다.

그러나, 생산과정 중 발생하는 냉연 강판의 결함은 예를 들면 개재물(inclusion), 크랙, 스크래치, 덴트, 홀 등이 있는데 상기 결함은 최종 제품의 기계적인 특성에 영향을 미치고, 결과적으로 제품의 불량과 직결되어, 양질의 냉연강판을 생산하기 위해서는 제조 공정에서 발생하는 결함의 위치, 형상, 크기, 분포 등을 분석/평가하는 방법이 필요하다.

종래에 냉연 강판의 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 냉연 강판의 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 누설 자속의 전자기적 특성값 신호의 변환을 이용하여 해당 내부 결함을 검출하는 방식이다.

상기 초음파 방식은 대상재의 내부로 초음파를 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.

상기의 방식 중에 비교적 장점이 높은 전자기적 방식, 특히 누설 자속법을 이용한 탐상 방식이 현재 가장 많이 적용되고 있다.

예를 들면, 공개 특허 제2011-25282호에는 강판 표면을 자석에 의한 자기장을 형성하고, 상기 자석의 극 사이에 자기 센서 에러이를 위치시켜, 강판 내부의 개재물을 탐상하는 방법이 개시되어 있다.

특히 상기 방법에서는 자화부에 의하여 강판에 자속이 지속적으로 형성되고, 상기 자속이 강판 내부에 위치하는 개재물에 의하여 변화되는 양을 2개의 센서 어레이로 감지하여 개재물의 존재 여부를 감지하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 방법은 센서 어레이에 배치되는 단위 센서의 수를 증가시키는 경우 매우 높은 분해능을 가지며, 개재물에 의한 자속 변화 정도도 높아 매우 우수한 감지 특성을 나타낸다.

그러나, 강판에 결함 또는 개재물이 강판의 길이 방향으로 연속해서 분포되는 경우에는 강판 이동 방향에 수직으로 센서 어레이를 배치하는 상기 방식으로는 검출 능력이 떨어지는 단점이 있다.

특히 강판은 길이 방향으로 연속하여 제조되므로, 특정한 위치에서 결함이 발생하는 경우 강판의 길이 방향으로 지속적으로 발생되는 경우가 많이 이러한 결함의 탐지는 상기 특허의 방식으로는 다소 어려운 실정이다.

상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 공개특허 제2010-0076838호에는 다수의 센서 모듈과 자석들을 강판의 이송 방향으로 일정하게 경사지도록 형성하여 강판의 길이 방향의 결함을 검출할 수 있는 방법이 제안되었다.

한편, 후판은 통상 두께가 5mm이상인 강판을 의미하며, 상기와 같은 후판은 이송속도가 통상의 강판보다 느리다.

상기 후판 역시 상기 강판과 같은 방식으로 결함을 탐상하나, 특히 자석을 이용한 탐상 시 센서 모듈이 후판 상단에 일정한 각도로 고정되어 있는 경우, 해당 각도에서 형성되는 자력선의 방향과 결함의 방향과 동일한 경우에는 탐상 감도가 떨어져 정확히 탐상되지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 센서 모듈을 회전형으로 구성하여 탐상 시 센서 모듈에서 발생하는 자력선의 방향과 결함의 방향이 유사함에 따라 발생하는 미탐상을 최소화하여 높은 탐상 특성을 나타내는 회전형 자기 탐상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 후판의 결함을 탐지하는 회전형 자기 탐상 장치에 있어서, 다수의 단위 센서와 상기 단위 센서 주변에 자력을 제공하는 자석을 포함하고 후판 외면에 위치하여 회전하는 회전 센서 모듈, 상기 회전 센서 모듈에 결합하여 상기 단위 센서에서 감지되는 신호를 외부로 전송하는 슬립링 및 상기 슬립링을 통하여 전송되는 상기 단위 센서 신호를 이용하여 강판의 결함을 감지하는 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 회전 센서 모듈은: 상기 슬립링이 결합하며, 회전 중심에 위치하는 베이스; 상기 베이스에 연장 형성되는 복수의 블레이드; 상기 블레이드에 복수개 설치되되, 길이 방향으로 동일한 간격으로 배치되는 단위 센서로 구성되는 센서열; 상기 블레이드 또는 상기 베이스에 위치하여 상기 센서열의 신호를 처리하며, 상기 슬립링과 전기적으로 연결되는 처리모듈; 및 상기 각 블레이드에 설치되는 자석;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 센서열은 각 블레이드에 서로 평행하게 2개 설치되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 각 센서열은 동일한 간격으로 단위 센서가 배치되나, 이웃하는 센서열의 단위 센서와는 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 각 블레이드의 센서열의 단위 센서 중 상기 베이스 회전 중심과 가장 가까운 단위 센서와 거리를 h, 단위 센서의 간격을 b, 블레이드의 수를 n이고, 0부터 1씩 증가하는 블레이드 순서를 i라 할 경우, 각 블레이드 i의 센서열 중 베이스 회전 중심과 가장 가까운 단위 센서의 거리는 h+i*b/n으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자석은 전자석이며, 전원 슬립링을 통하여 외부에서 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 회전형 자기 탐상 장치는 환형의 베이스, 상기 베이스에 연장형성되는 복수의 블레이드, 상기 각 블레이드에 배치되는 복수의 센서열, 상기 센서열을 감싸는 형태로 설치되는 자석을 포함하는 회전 센서 모듈과 상기 베이스에 설치되어 각 센서열의 신호가 전달되는 슬립링 및 상기 슬립링과 연결되는 센서열의 신호를 처리하는 처리장치를 포함하여 구성되어, 상기 회전 센서 모듈의 회전에 의하여 상기 센서열이 결함을 탐상하므로, 비교적 느린 속도로 이송하는 후판의 미탐상 영역을 최소화하여 정교한 탐상이 가능한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 회전형 자기 탐상 장치의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 회전 센서 모듈의 구성도이며,
도 3은 도 2의 센서열 배치의 일실시예이며,
도 4는 도 2에 부가되는 자석의 구성도이며,
도 5는 도 2의 감지 특성을 나타내는 설명도이며,
도 6은 도 2에 도시된 회전 센서 모듈 2개를 배치한 실시예이며,
도 7은 도 2에서 일부 블레이드의 각도를 달리한 실시예이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 회전형 자기 탐상 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전 센서 모듈(1), 상기 회전 센서 모듈(1)에 결합되며, 상기 회전 센서 모듈(1)의 센서들의 신호를 전달하는 슬립링(2), 상기 슬립링(2)과 전기적으로 연결되어 센서들의 신호를 처리하는 처리장치(90)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 회전형 자기 탐상 장치(100)는 상기 회전 센서 모듈(1)을 회전시키는 별도의 구동부를 포함하며, 상기 회전 센서 모듈(1)의 회전 각도 역시 상기 처리장치(90)가 인식하도록 구성한다.

또한, 전자석을 이용하는 경우, 외부 전원을 공급하기 위한 별도의 전원 슬립링을 추가할 수 있으며, 상기 전원 슬립링은 상기 슬립링(2)과 별도로 구성되고, 상기 전원 슬립링을 통하여 외부 전원이 인가되도록 구성할 수 있다.

따라서, 상기 회전형 자기 탐상 장치(100)는 상기 회전 센서 모듈(1)이 회전하면서, 강판 표면의 결함을 탐상하며, 상기 처리장치(90)는 상기 회전 센서 모듈(1)의 각도와 각 센서에서 출력되는 신호를 조합하여 강판의 결함을 탐상하는 기능을 수행하며, 상기 슬립링(2)은 센서들의 신호를 상기 처리장치(90)로 회전중에도 지속적으로 전송하는 역할을 수행한다.

한편, 상기 회전 센서 모듈(1)은 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스(10), 상기 베이스에 연장형성되는 복수의 블레이드(20), 상기 각 블레이드에 배치되는 복수의 센서열(30), 상기 각 블레이드(20)에 배치된 복수의 센서열(30)을 감싸는 형태로 설치되는 자석(40)을 포함하여 구성된다.

상기 베이스(10)는 전체를 지지하고, 별도의 구동부에 의하여 회전력을 전달받는 역할을 하므로, 환형의 형태로 충분한 강성을 가지는 것이 바람직하며, 필요한 경우에는 실린더 형태로도 구성할 수 있다.

상기 베이스(10) 중심에는 슬립링(2)이 위치한다.

그리고 상기 베이스(10)에는 블레이드(20)가 연장형성되며, 상기 블레이드(20)는 적어도 2개 이상 설치하는 것이 바람직하며, 감도적인 측면에서는 4개로 구성되는 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기 각 블레이드(20)에는 센서열(30)이 블레이드(20)의 길이방향으로 2개 평행하게 배치된다.

상기 센서열(30)은 각 단위 센서(31)가 일렬로 일정한 거리로 배치되며, 이웃하는 센서열(30)과는 엇갈리게 배치하는 것이 바람직하다. 이때 센서열(30)에서 단위 센서(31)간의 거리를 b라 하면, 이웃하는 센서열(30)의 단위 센서(31)와의 거리는 b/2가 되도록 한다.

상기 단위 센서(31)는 자기센서를 적용하며, 크기는 제한되지 않으며, 높은 분해능을 위해서는 크기가 작은 자기 센서가 유리하다.

또한, 상기 각 블레이드(20)에는 2개의 센서열(30)에서 출력되는 신호를 처리하기 위한 A/D 컨버터와 MCU를 포함하는 처리모듈(39)를 포함하며, 상기 처리소자(39)에서 처리된 신호만이 상기 슬립링(2)을 통하여 처리장치(90)로 전송된다. 상기 처리모듈(39)에서는 각 블레이드(20)에 위치하는 단위 센서(31)의 신호를 신호를 처리하여 센서열(30) 별로 신호를 외부로 출력하도록 구성하는 경우 상기 슬립링(2)에서 요구되는 접속 수를 최소화할 수 있다.

한편, 각 블레이드(20)의 센서열(30)은 동일한 위치에 배치되어 구성될 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 거리 b를 고려하여 출발 단위 센서(31)의 위치를 달리 구성할 수 있다.

즉, 베이스(10) 중시에서 특정 블레이드(20)의 출발 단위 센서(31)까지의 거리를 h라 하는 경우, 이웃하는 블레이드(20)에서는 h+b/4, 그 다음 블레이드(20)는 h+2b/4, 그 다음 블레이드(20)는 h+3b/4 형태로 배치하는 경우 분해능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이때 2개의 블레이드(20)만으로 구성하는 경우에는 h와 h+b/2로 배치하면 되고, 3개의 블레이드(20)인 경우에는 h, h+b/3, h+2b/3으로 배치하면 되므로, h+블레이드 순서*b/블레이드수로 표현되며, 여기서 블레이드 순서는 0, 1, 2 순으로 할당된다.

한편, 상기 블레이드(20)에는 자석(40)이 도 4에 도시된 바와 같이 배치되며, 상기 자석(40)을 전자석으로 구현하는 경우, 상기한 바와 같이 별도의 전원 슬립링을 통하여 전원이 인가되도록 구성한다.

한편, 본원 발명에 따른 회전형 자기 탐상 장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 12개의 영역으로 구분하는 경우 각 영역에서 감지할 수 있는 결함의 방향이 결정된다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 회전형 자기 탐상 장치(100)를 배치하는 경우, 모든 방향의 결함을 감지할 수 있다. 즉, 2개의 탐상 장치(100)를 하나의 셋으로 구성하고, 상기 셋을 다수개 수직으로 배치하는 경우, 모든 방향의 결함을 검출할 수 있는 장점이 있다.

또한 도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 블레이드(20) 각도를 달리하여 구성할 수 있으며, 상기와 같은 배치에서는 다른 감지특성을 나타낸다.

한편, 상기 회전 센서 모듈(1)의 회전 속도는 센서열(30)에 배치되는 단위 센서(31)의 수와 강판 탐상 시에 강판의 이송 속도 등을 고려하여 설정하며, 500rpm이하로 구동하는 것이 바람직하나, 전체적인 강성을 증가시키고 블레이드(20)의 길이를 줄이는 경우에는 800rpm 이상으로 구동할 수도 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

1: 회전 센서 모듈 2: 슬립링
10: 베이스 20: 블레이드
30: 센서열 31: 단위 센서
39: 처리모듈 40: 자석
90: 처리장치 100: 회전형 자기 탐상 장치

Claims (6)

1. 이송되는 후판의 결함을 연속하여 탐지하는 회전형 자기 탐상 장치에 있어서,
   다수의 단위 센서와 상기 단위 센서 주변에 자력을 제공하는 자석을 포함하고 후판 외면에 위치하여 회전하는 회전 센서 모듈, 상기 회전 센서 모듈에 결합하여 상기 단위 센서에서 감지되는 신호를 외부로 전송하는 슬립링 및 상기 슬립링을 통하여 전송되는 상기 단위 센서 신호를 이용하여 강판의 결함을 감지하는 처리장치를 포함하되,
   상기 회전 센서 모듈은:
   상기 슬립링이 결합하며, 회전 중심에 위치하는 베이스;
   상기 베이스에 연장 형성되는 복수의 블레이드;
   상기 블레이드에 복수개 설치되되, 길이 방향으로 동일한 간격으로 배치되는 단위 센서로 구성되는 센서열;
   상기 블레이드 또는 상기 베이스에 위치하여 상기 센서열의 신호를 처리하며, 상기 슬립링과 전기적으로 연결되는 처리모듈; 및
   상기 각 블레이드에 설치되는 자석;을 포함하며,
   상기 센서열은 각 블레이드에 서로 평행하게 2개 설치되며,
   상기 각 센서열은 동일한 간격으로 단위 센서가 배치되나, 이웃하는 센서열의 단위 센서와는 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 회전형 자기 탐상 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 각 블레이드의 센서열의 단위 센서 중 상기 베이스 회전 중심과 가장 가까운 단위 센서와 거리를 h, 단위 센서의 간격을 b, 블레이드의 수를 n이고, 0부터 1씩 증가하는 블레이드 순서를 i라 할 경우, 각 블레이드 i의 센서열 중 베이스 회전 중심과 가장 가까운 단위 센서의 거리는 h+i*b/n으로 설정하는 것을 특징으로 하는 회전형 자기 탐상 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 자석은 전자석이며, 전원 슬립링을 통하여 외부에서 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 회전형 자기 탐상 장치.
   

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