KR19990052679A - Measurement method of Young's modulus, shear rate, texture and average particle size of metal plate using ultrasonic backscattering - Google Patents

Measurement method of Young's modulus, shear rate, texture and average particle size of metal plate using ultrasonic backscattering Download PDF

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KR19990052679A
KR19990052679A KR1019970072193A KR19970072193A KR19990052679A KR 19990052679 A KR19990052679 A KR 19990052679A KR 1019970072193 A KR1019970072193 A KR 1019970072193A KR 19970072193 A KR19970072193 A KR 19970072193A KR 19990052679 A KR19990052679 A KR 19990052679A
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김상영
김호철
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이구택
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Abstract

본 발명은 금속판의 초음파를 이용한 온라인 영률(Young's modulus), 전단률(Shear modulus), 집합 조직(Texture)과 평균 입도(Average grain size) 측정 방법에 관한 것으로서, 물을 공급받아 일정 수위를 유지하도록 된 물탱크(17a) 내측에 설치되어 물에 잠기도록 된 초음파 탐촉자(13)는 펄스송수신기(11)로부터 고전압의 펄스파를 받아 물을 접촉매질로 하여 초음파를 냉연코일(16)에 주사하며 상기 냉연코일(16)에 의하여 후방산란된 초음파를 초음파 탐촉자(13)가 받아 펄스송수신기(11)로 보내고 상기 펄스송수신기(11)로부터 받은 펄스신호를 신호증폭기(14)에서 증폭하여 연산부(15)로 보내며 상기 연산부(15)는 측정된 신호를 입력된 프로그램에 의하여 에너지 값으로 변환시켜 금속판(16)의 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도를 계산하여 출력하는 구성을 갖추며 금속판(16)과 경사각으로 초음파를 입사하고 반사된 신호의 에너지를 계산하여 비파괴적으로 금속판의 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도를 온라인 상에서 측정할 수 있는 효과를 갖는 초음파 후방산란을 이용한 금속판의 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도의 측정방법이다.The present invention relates to a method for measuring online Young's modulus, shear modulus, texture and average grain size using ultrasonic waves of a metal plate, to maintain a constant level by receiving water. The ultrasonic transducer 13 installed in the water tank 17a to be submerged in water receives the pulse wave of the high voltage from the pulse transmitter 11 and scans the ultrasonic wave into the cold rolled coil 16 using water as a contact medium. The ultrasonic transducer 13 receives the ultrasonic wave 13 scattered by the cold rolled coil 16 to the pulse transmitter 11 and amplifies the pulse signal received from the pulse transmitter 11 in the signal amplifier 14 to the calculation unit 15. The calculation unit 15 converts the measured signal into an energy value by an input program, and calculates and outputs the Young's modulus, shear rate, texture, and average particle size of the metal plate 16. The Young's modulus and shear of the metal sheet using ultrasonic backscattering have the effect of measuring the Young's modulus, shear rate, texture and average particle size of the metal sheet on-line by non-destructive It is a measure of rate, aggregate and average particle size.

Description

초음파 후방산란을 이용한 금속판의 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도의 측정방법.Method of measuring Young's modulus, shear rate, texture and mean particle size of metal plate using ultrasonic backscattering.

본 발명은 금속판의 초음파를 이용한 온라인 영률(Young's modulus), 전단률((Shear modulus), 집합조직(Texture)과 평균입도(Average grain size) 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속판과 경사각으로 초음파를 입사하고 후방산란된 초음파의 에너지로부터 임계각을 계산하여 금속판의 영률, 전단률과 집합조직을 온라인 상에서 측정하고 또한 레일레이 임계각에서 후방산란된 초음파 신호의 에너지를 계산하여 보다 정확한 금속판의 평균입도를 온라인 상에서 측정할 수 있도록 된 초음파 후방산란을 이용한 금속판의 온라인 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도를 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring online Young's modulus, shear modulus, texture and average grain size using ultrasonic waves of a metal plate, and more specifically, to a metal plate and an inclination angle. The critical angle is calculated from the energy of the ultrasonic wave incident and backscattered ultrasonic waves to measure the Young's modulus, shear rate and texture of the sheet on-line, and the energy of the backscattered ultrasonic signal at the Rayleigh critical angle is calculated so that the average particle size of the metallic plate is more accurate. The present invention relates to a method for measuring online Young's modulus, shear rate, texture and average particle size of a metal plate using ultrasonic backscattering which can be measured online.

일반적으로 스테인레스 강판, 탄소강 등의 금속판은 압연된 강판을 수요가 등이 원하는 평균입도, 영률, 전단률과 집합조직을 얻기 위하여 여러 가지 열처리를 수행하고 있다. 이러한 열처리에서는 압연의 정도와 금속판의 성분비에 의존하여 열처리의 시간과 온도를 조정함으로써 원하는 금속판을 만들 수 있다.In general, metal sheets such as stainless steel sheet and carbon steel are subjected to various heat treatments to obtain the average grain size, Young's modulus, shear rate, and texture of the rolled steel sheet. In such heat treatment, a desired metal plate can be made by adjusting the time and temperature of the heat treatment depending on the degree of rolling and the component ratio of the metal plate.

이러한 금속판의 평균입도, 영률, 전단률과 집합조직을 측정하는 종래의 방법은 금속판의 선단부나 후단부의 일정길이를 채취하여 시험편을 준비한 후 광학현미경으로 평균입도를 관찰하고 또한 기계적 실험을 통하여 영률, 전단률과 집합조직을 확인하는 것이며 이는 시험편을 체취하고 평균입도를 측정하는 시간이 일정한 정도 이상으로 필요한 것이어서 그 결과에 의하여 열처리의 시간과 온도를 조정하는 후속작업이 신속하게 이루어질 수 없게 되고 따라서 수요가가 원하는 품질의 금속판을 생산하기 위한 최적의 방법은 아니며 이에 의하여 제품생산의 손실을 초래하는 문제점을 갖는 것이다. 또한 온라인 공정에서 금속판의 선단부와 후단부는 제조 공정상의 온도, 압연, 성분 등의 불완전한 요인을 많이 포함하고 있으므로 일반적으로 금속판의 중앙부위와 평균입도, 영률, 전단률과 집합조직 등의 값에서 차이를 보이는 경우가 많고 선단부와 후단부 금속판의 성질이 금속판 전구간의 성질을 보장하지 못하는 문제점을 갖는 것이었다.In the conventional method for measuring the average particle size, Young's modulus, shear rate and texture of the metal plate, the specimens are prepared by taking a predetermined length of the front end part or the rear end part of the metal plate, and then the average particle size is observed by an optical microscope and the Young's modulus, It is necessary to check the shear rate and texture, which is required more than a certain time to extract the specimen and to measure the average particle size, and as a result, subsequent work of adjusting the time and temperature of the heat treatment cannot be performed quickly. It is not an optimal method for producing a metal plate of desired quality, thereby causing a problem of loss of product production. In addition, in the online process, the front end and the rear end of the metal plate include many incomplete factors such as temperature, rolling, and components in the manufacturing process. In many cases, the properties of the front and rear metal plates do not guarantee the properties between the metal plate bulbs.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서 금속판의 생산라인에 초음파 후방산란장치를 설치하여 경사각으로 초음파를 입사하고 후방산란된 초음파의 에너지로부터 임계각을 계산하여 금속판의 영률, 전단률과 집합조직을 온라인 상에서 측정하고 또한 레일레이 임계각에서 후방 산란된 초음파 신호의 에너지를 계산하여 보다 정확한 금속판의 평균입도를 온라인 상에서 측정할 수 있도록 한 초음파 후방산란을 이용한 금속판의 온라인 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도를 측정하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was invented to solve the above-mentioned problems. The ultrasonic backscattering device is installed on the production line of the metal plate to inject the ultrasonic wave at an inclination angle and calculate the critical angle from the energy of the backscattered ultrasonic wave so that the Young's modulus and shear Online Young's Modulus and Shear Rate of Metal Plates Using Ultrasonic Backscattering for On-line Measurement of the Rate and Aggregation and On-line Measurement of the Energy of Backscattered Ultrasonic Signal at Rayleigh Critical Angle Its purpose is to provide a method for measuring aggregate organization and average particle size.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 후방산란을 이용한 강판의 평균입도 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도,1 is a block diagram schematically showing a device for measuring the average particle size of a steel sheet using ultrasonic backscattering according to the present invention,

도 2는 스테인레스 냉연코일에서 후방 산란된 초음파 신호를 시간과 진폭으로 나타낸 그래프,Figure 2 is a graph showing the time and amplitude of the ultrasonic signal backscattered in the stainless cold rolled coil,

도 3은 입사각도에 따른 후방산란 초음파의 에너지 변화와 임계각을 도시한 그래프,3 is a graph showing the energy change and the critical angle of the backscattered ultrasound according to the incident angle,

도 4는 초음파가 매질이 다른 경계면에서의 반사와 굴절을 입사각의 변화로 나타낸 도면,4 is a view showing the reflection and refraction of the ultrasonic wave at the interface of different media as a change in the angle of incidence,

도 5는 금속판의 집합조직의 조사를 위한 초음파 후방산란의 방법을 설명하기 위한 도면,5 is a view for explaining the method of ultrasonic backscattering for the irradiation of the texture of the metal plate,

도 6은 본 발명에 따른 초음파 후방산란을 이용한 금속판의 평균입도 측정에 의해 얻어진 평균입도와 광학현미경으로 관찰한 평균입도의 관계를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the relationship between the average particle size obtained by measuring the average particle size of the metal plate using ultrasonic backscattering according to the present invention and the average particle size observed by an optical microscope.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11 : 펄스송수신기 12 : 수침용 센서봉11 pulse transmitter 12 immersion sensor rod

13 : 초음파 탐촉자 14 : 신호증폭기13: ultrasonic transducer 14: signal amplifier

15 : 연산부 16 : 냉연코일15: calculator 16: cold rolled coil

17a : 작은 물탱크 17b : 큰 물탱크17a: small water tank 17b: large water tank

18a, 18b : 스트립 수평용 롤러 19 : 펌프18a, 18b: strip horizontal roller 19: pump

20 : 소둔로 21 : 산세설비20: annealing furnace 21: pickling equipment

22 : 초음파의 진행을 나타낸 선 23 : 후방산란된 초음파 신호22: line showing the progress of the ultrasonic wave 23: backscattered ultrasonic signal

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스테인레스 냉연강판의 평균입도를 측정하는 방법에 있어서, 스테인레스 냉연강판의 소둔로(20)와 산세설비(21)의 사이에 설치되고 평행하게 설치된 두 롤(18a),(18b)의 사이에 물탱크(17a),(17b)를 설치하고, 스테인레스 냉연코일(16)이 물탱크(17a),(17b) 속을 진행하도록 하며, 물탱크(17a) 속에서 냉연코일(16)과 일정한 거리와 각도로 주파수가 레일레이 산란조건인 λ≫D 에 부합하는 초음파 탐촉자(13)를 냉연코일(16)의 상부 또는 하부에 설치하여 펄스 송,수신장치(11)를 통하여 고전압 펄스를 초음파 탐촉자(13)에 보내서 생긴 초음파(22)를 접촉매질로 사용한 물을 통해서 스테인레스 냉연코일(16)에 입사하고, 후방 산란된 초음파(22)를 초음파 탐촉자(13)로 받아서 펄스 송,수신장치(11)로 보내고, 펄스 송,수신장치(11)의 신호를 신호증폭기(14)에서 증폭하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 연산장치(15)에 보내며, 연산장치(15)는 측정된 신호를 식 로서 에너지를 측정하며, 상기 에너지 값의 각도에 대한 그래프에서 극소값으로 임계각1과 임계각2의 각도를 구하여 식 과 식 을 이용하여 금속판의 영률과 전단율을 구하고, 레일레이 임계각 근처에서 에너지 값을 구하여 강판의 평균입도(D)를 식 E=Dn 에 의하여 구하며, 냉연코일(16)과 초음파 탐촉자(13)가 이루는 레일레이 임계각의 ±1°의 범위로 하여 초음파를 입사함으로서 측정의 정밀도를 향상시킴을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object in the method for measuring the average particle size of the stainless steel cold rolled sheet, two rolls (18a) installed in parallel between the annealing furnace 20 and the pickling equipment 21 of the stainless steel cold rolled steel sheet Water tanks (17a), (17b) is installed between the (18b), the stainless cold rolled coil 16 to proceed in the water tank (17a), (17b), cold rolling in the water tank (17a) An ultrasonic transducer 13 is installed on the upper or lower portion of the cold rolled coil 16 at a constant distance and angle from the coil 16 in accordance with λ >> D, the frequency of which is Rayleigh scattering condition. The high voltage pulse is sent to the ultrasonic transducer 13 through the water using the ultrasonic wave 22 generated as the contact medium, and the backscattered ultrasonic wave 22 is received by the ultrasonic transducer 13 to receive the pulse. Sends the signal to the transmitter / receiver 11 and sends a signal from the pulse transmitter / receiver 11 The signal amplifier 14 amplifies and converts an analog signal into a digital signal and sends it to the calculating device 15, which calculates the measured signal. Measure the energy as, and obtain the angle of the critical angle 1 and the critical angle 2 to the minimum value in the graph of the angle of the energy value Overeating The Young's modulus and shear rate of metal sheet are calculated by using, and the energy value is calculated near the Rayleigh critical angle. E = D n It is obtained by the above, characterized in that the accuracy of the measurement is improved by injecting the ultrasonic wave in the range of ± 1 ° of the Rayleigh critical angle formed by the cold rolled coil 16 and the ultrasonic probe 13.

도 1은 본 발명에 사용하는 강판의 평균입도 측정장치를 개략적으로 도시한 구성도로서 각 구성의 작용과 용도는 다음과 같다. 스테인레스 냉연강판의 소둔로(20)와 산세설비(21)의 사이에 설치되고 평행하게 설치된 두 롤(18a),(18b) 사이에 물탱크(17a),(17b)를 설치하고 스테인레스 냉연코일(16)이 물탱크 속을 진행하도록 하며 물탱크(17a) 속에서 냉연코일(16)과 일정한 거리와 각도로 초음파 탐촉자(13)를 냉연코일의 상부 또는 하부에 설치하여 펄스송수신장치(11)를 통하여 고전압 펄스를 초음파 탐촉자(13)에 보내서 생긴 초음파(22)를 접촉매질로 사용한 물을 통하여 스테인레스 냉연코일(16)에 입사하고 후방산란된 초음파(22)를 초음파 탐촉자(13)로 받아서 펄스송수신장치(11)로 보내고 펄스송수신장치의 신호를 신호증폭기(14)에서 증폭하고 아날로그(Analog)신호를 디지털(Digital)신호로 변환하여 연산장치(15)에 보내며 연산장치(15)는 측정된 신호를 에너지 값으로 구하여 스테인레스 냉연코일(16)의 평균입도를 측정하는 장치이다. 이상의 장치에서 본 발명은 단지 스테인레스 냉연코일에만 국한되지 않고 탄소강의 냉연강판, 여러 가지 금속판에도 범위를 넓혀서 적용하고 초음파의 접촉매질로 물을 사용하는데 물 외에도 글리세린, 석유, 기계유 등으로 대체하여 사용하는 방법으로 확대가 가능하다.1 is a schematic view showing an average particle size measuring apparatus of a steel sheet used in the present invention, the operation and use of each configuration is as follows. The water tanks 17a and 17b are installed between the annealing furnace 20 of the stainless cold rolled steel sheet 20 and the pickling facility 21 and installed in parallel to each other. 16) proceeds in the water tank and the ultrasonic transducer 13 is installed at the upper or lower portion of the cold rolled coil at a constant distance and angle with the cold rolled coil 16 in the water tank (17a) to the pulse transmitting and receiving device (11) The high voltage pulse is sent to the ultrasonic transducer 13 through the water using the ultrasonic wave 22 generated as the contact medium, and the backscattered ultrasonic wave 22 is received by the ultrasonic transducer 13 to transmit and receive the pulse. The signal from the pulse transmitter / receiver 14 is amplified by the signal amplifier 14, the analog signal is converted into a digital signal, and sent to the arithmetic unit 15, and the arithmetic unit 15 measures the measured signal. Is the energy value of stainless cold rolled steel It is a device for measuring the average particle size of the coil 16. In the above apparatus, the present invention is not limited to stainless cold rolled coils, but is widely applied to cold rolled steel sheets of carbon steel and various metal sheets, and uses water as an ultrasonic contact medium. In addition to water, glycerin, petroleum, and mechanical oils are used. It is possible to enlarge in a way.

이하에서 초음파 산란이론과 그 이론이 본 발명에 적용되는 방법을 설명한다. 초음파 탐촉자(13)의 사용주파수와 금속판에서의 초음파 속도에 의하여 결정되는 초음파의 파장이 금속판의 평균입도와의 상관관계에 의하여 초음파의 산란이 달라진다. 주파수f와 파장λ의 관계는 재질에서의 초음파 속도 ν와 하기 수학식 1과 같은 관계를 가진다.Hereinafter, an ultrasonic scattering theory and a method of applying the theory to the present invention will be described. The scattering of the ultrasonic wave varies depending on the correlation between the use frequency of the ultrasonic probe 13 and the wavelength of the ultrasonic wave determined by the ultrasonic speed in the metal plate. The relationship between the frequency f and the wavelength λ has a relationship as shown in Equation 1 below with the ultrasonic velocity v in a material.

λ=υ/fλ = υ / f

본 발명에서 사용된 탐촉자 주파수는 하기 수학식 2에서와 같이 초음파 파장이 금속판의 평균입도 D보다 훨씬 크게 정하여져 강판에서의 산란이 레일레이 산란이 되게 하였다.The transducer frequency used in the present invention is set as the ultrasonic wavelength is much larger than the average particle size D of the metal plate as shown in Equation 2 so that the scattering in the steel sheet is Rayleigh scattering.

도 2는 평균입도가 9.1㎜인 스테인레스 냉연강판에 30°로 초음파를 보내어 검출한 신호를 신호증폭기(14)의 후단에서 받은 초음파 신호(22)이다. 후방산란된 초음파신호(22)와 강판의 평균입도의 관련성을 알기 위하여 연산부(15)는 초음파신호의 에너지 E를 하기 수학식 3과 같이 계산한다.FIG. 2 is an ultrasonic signal 22 that receives a signal detected by sending ultrasonic waves at 30 ° to a stainless cold rolled steel sheet having an average particle size of 9.1 mm at the rear end of the signal amplifier 14. In order to know the relationship between the back scattered ultrasonic signal 22 and the average particle size of the steel sheet, the calculation unit 15 calculates the energy E of the ultrasonic signal as shown in Equation 3 below.

여기서 Vi는 연산부(15)에서 초음파 신호를 증폭하여 아날로그 신호를 디지털로 변환한 값이고 i는 1부터 N까지의 정수이다.Where V i is a value obtained by amplifying the ultrasonic signal by the calculator 15 and converting the analog signal to digital, and i is an integer from 1 to N.

도 3은 스테인레스 냉연코일(16)에 초음파 탐촉자(13)의 입사각을 변화시키면서 연산부(15)에서 계산된 에너지 값이다. 각도에 따른 초음파의 신호를 조사하면 제 1임계각, 제 2임계각과 레일레이 임계각이 존재함을 알 수 있다. 도 4는 액체/고체 경계면에서 초음파가 액체로부터 고체로 경사각을 가지고 입사할 경우의 반사와 굴절의 원리 및 임계각의 발생을 나타내는데 굴절의 원리는 수학식 4와 같이 스넬(Snell)의 법칙을 따른다.3 is an energy value calculated by the calculating unit 15 while changing the incident angle of the ultrasonic probe 13 to the stainless cold rolled coil (16). Examining the ultrasonic signal according to the angle, it can be seen that the first critical angle, the second critical angle and the Rayleigh critical angle exist. Figure 4 shows the principle of reflection and refraction and the generation of the critical angle when the ultrasonic wave is inclined from the liquid to a solid at the liquid / solid interface, the principle of refraction follows Snell's law as shown in equation (4).

여기서 θl은 입사각이고 θi,θt는 굴절각이며 υi는 액체에서의 입사파의 속도이고 υi와 υl은 각각 고체에서의 종파와 횡파의 속도이다. 스넬의 법칙에 의해서 임계각은 고체에서 굴절각이 90°가 될 때이며 고체의 종파와 횡파의 굴절각이 90°될 때 액체에서의 입사각은 각각 제 1임계각과 제 2임계각이라 한다. 액체에서의 제 1임계각θ1c와 제 2임계각θ2c는 고체의 종파와 횡파의 속도와 다음의 관계를 갖는다.Where θ l is the angle of incidence, θ i, θ t is the angle of refraction, υ i is the velocity of the incident wave in the liquid, and υ i and υ l are the velocity of the longitudinal and transverse waves in the solid, respectively. According to Snell's law, the critical angle is when the angle of refraction of the solid is 90 ° and when the angle of longitudinal and transverse wave of the solid is 90 °, the angle of incidence in the liquid is called the first critical angle and the second critical angle, respectively. The first critical angle θ 1c and the second critical angle θ 2c in the liquid have the following relationship with the velocity of the longitudinal and transverse waves of the solid.

여기서 υl과 υt는 각각 고체에서의 종파 및 횡파의 속도이고 υl은 탐촉자가 속해 있는 액체에서의 종파속도이다. 고체에서 초음파 속도와 영률(Young's modulus), Y와 전단률(Shear modulus), G와의 사이에는 다음의 관계가 성립한다.Where υ l and υ t are the longitudinal and transverse velocities in the solid, respectively, and υ l is the longitudinal velocities in the liquid to which the transducer belongs. The relationship between the ultrasonic velocity and Young's modulus, Y and Shear modulus, and G in solids is established.

여기서 ρ는 고체의 밀도이고 μ는 포아손비(Poisson's ratio)로 종파와 횡파의 속도로부터 수학식 7로부터 구해질 수 있다.Where ρ is the density of the solid and μ is the Poisson's ratio from the velocity of longitudinal and transverse waves.

따라서 금속판의 영률과 전단률은 제 1, 2임계각으로부터 계산할 수 있다. 도 3은 평균 입도가 36.5㎛인 스테인레스 강판에서 압연방향으로 초음파를 입사하여 입사각에 따른 후방산란 초음파 에너지의 변화를 나타낸 것으로, 후방 산란파의 에너지는 제 1임계각과 제 2임계각에서 극소값을 가지며 레일레이 임계각에서 극대값을 갖는다. 본 시험편의 제 1임계각과 제 2임계각은 각각 14°과 26.5°이고 레일레이 임계각은 30.88°으로 측정되었다. 제 1, 2임계각과 스테인레스 강판의 밀도를 7.8g/㎤, 물에서의 종파의 속도를 1490m/sec로 하여 계산하면 스테인레스 냉연강판의 영률과 전단률은 각각 222Gpa과 85.8Gpa이다. 즉, 초음파 후방산란을 이용하여 제 1, 2임계각만 측정하면 비파괴적으로 스테인레스 냉연코일의 영률과 전단률을 구할 수 있다. 도 5는 금속판의 집합조직의 조사를 위한 초음파 후방산란의 방법을 설명한 그림이다. 초음파 후방산란의 측정을 금속판의 압연방향에 대하여 각도 Φ를 변화시키면서 측정하면 영률과 전단률의 각도에 대한 값을 얻을 수 있고 이러한 각도에 대한 영률Y(Φ)과 전단률G(Φ)는 금속판의 집합조직(Texture)을 나타낸다. 이상의 방법에서 초음파 후방산란을 스테인레스 냉연코일을 예로 들어 설명하였지만 이러한 기술은 모든 금속판에 대하여 방법과 장치의 변화 없이 적용할 수 있다.Therefore, the Young's modulus and shear rate of the metal plate can be calculated from the first and second critical angles. Figure 3 shows the change of the backscattered ultrasonic energy according to the incident angle by injecting ultrasonic waves in the rolling direction in a stainless steel sheet having an average particle size of 36.5㎛, the energy of the backscattered wave has a minimum value at the first critical angle and the second critical angle It has a maximum at the critical angle. The first and second critical angles of the specimen were measured at 14 ° and 26.5 °, respectively, and the Rayleigh critical angle was measured at 30.88 °. The Young's modulus and shear rate of stainless steel cold rolled sheet are 222 Gpa and 85.8 Gpa, respectively, when the density of the first and second critical angles and the stainless steel sheet is 7.8 g / cm 3 and the longitudinal wave velocity in water is 1490 m / sec. That is, by measuring only the first and second critical angles using ultrasonic backscattering, the Young's modulus and shear rate of the stainless cold rolled coil can be obtained non-destructively. 5 is a view for explaining the method of ultrasonic backscattering for irradiation of the texture of the metal plate. By measuring the ultrasonic backscattering with varying angle Φ with respect to the rolling direction of the metal plate, values for the Young's modulus and shear rate can be obtained. Young's modulus Y (Φ) and shear rate G (Φ) for these angles It represents the texture of. In the above method, ultrasonic backscattering has been described using stainless cold rolled coil as an example, but this technique can be applied to all metal plates without changing the method and apparatus.

이하에서 초음파 후방산란을 이용한 금속판의 평균입도 측정에 대하여 설명한다. 레일레이 임계각에서의 후방산란 초음파의 에너지는 그 주변의 다른 입사각에서보다 급격히 증가하며 후방산란 초음파의 에너지 E는 평균입도 D의 n제곱에 비례한다. 따라서 후방산란 초음파의 에너지와 평균입도는 하기 수학식 8과 같은 관계를 갖는다.Hereinafter, the average particle size measurement of the metal plate using ultrasonic backscattering will be described. The energy of the backscattered ultrasound at the Rayleigh critical angle increases more rapidly than at other incident angles around it, and the energy E of the backscattered ultrasound is proportional to n square of the mean particle size D. Therefore, the energy of the backscattered ultrasound and the average particle size have a relationship as shown in Equation 8 below.

E=Dn E = D n

상기 수학식 8을 이용하여 평균입도가 다른 시험편에서 에너지를 측정하여 n값을 구하고 이로부터 모든 측정된 에너지 값으로부터 스테인레스 냉연코일의 평균입도를 구할 수 있다. 또한 도 3은 레일레이 임계각(물과 스테인레스 냉연강판의 경계면에서 30.88°)의 주위의 각(±1°이내)에서 후방산란된 초음파 에너지는 10°이상의 다른 입사각에서 측정된 에너지보다 50∼400% 정도의 큰 신호를 얻을 수 있음을 보여 준다. 이것은 레일레이 임계각의 근처(±1°이내)에서 초음파 후방산란을 이용하여 평균입도 측정의 정확도를 크게 높일 수 있다.Using Equation 8 to determine the n value by measuring the energy in the test piece having a different average particle size, it is possible to obtain the average particle size of the stainless cold rolled coil from all measured energy values therefrom. 3 also shows that the ultrasonic energy backscattered at an angle (within ± 1 °) around the Rayleigh critical angle (30.88 ° from the interface between the water and stainless cold rolled steel) is 50-400% higher than the energy measured at other incident angles of 10 ° or more. Show that you can get a big signal. This can greatly improve the accuracy of average particle size measurement using ultrasonic backscattering near the Rayleigh critical angle (within ± 1 °).

도 6은 도 1의 장치를 이용하여 입사각이 레일레이 임계각의 ±1°이내에서 측정한 초음파 신호로부터 계산된 평균입도(세로축)와 광학현미경을 이용한 평균입도(가로축)와의 크기를 비교하였는데, 직진성이 잘 나타나 있다. 즉 레일레이각으로 초음파를 입사하여 후방산란된 초음파의 에너지로부터 스테인레스 냉연강판의 평균입도를 온라인으로 측정할 수 있다. 이상에서 초음파 후방산란을 이용한 스테인레스 냉연강판 평균입도의 온라인 측정기술은 다른 금속판에 활용할 경우 레일레이 임계각이 금속판과 접촉매질로 사용하는 액체에 따라서 달라질뿐 위에서 기술한 방법과 장치는 그대로 적용할 수 있다.FIG. 6 compares the magnitude of the average particle size (vertical axis) calculated from an ultrasonic signal measured within ± 1 ° of the Rayleigh critical angle using the apparatus of FIG. 1 and the average particle size (horizontal axis) using an optical microscope. This is well represented. That is, the average particle size of the stainless steel cold rolled sheet can be measured online from the energy of the ultrasonic waves incident by the Rayleigh angle and backscattered. As described above, the on-line measurement technique of the average particle size of stainless steel cold rolled sheet using ultrasonic backscattering is different depending on the liquidity used for the metal sheet and the contact medium. .

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초음파 후방산란을 이용하면 금속판의 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도를 액체(물, 글리세린, 석유, 기계유 등)의 접촉매질로 이용한 금속판에서 비접촉, 온라인으로 측정할 수 있으며, 이는 금속판의 시험편 채취와 시험을 위한 복잡한 과정을 줄일 수 있다.As described above, according to the present invention, when ultrasonic backscattering is used, the Young's modulus, shear rate, texture and average particle size of the metal sheet are used as a contact medium of liquid (water, glycerin, petroleum, machinery oil, etc.) in a non-contact or online manner. It can be measured, which reduces the complexity of specimen collection and testing of metal plates.

즉, 금속판의 영률과 전단률은 각도에 대한 후방산란 초음파의 에너지를 측정하고, 측정된 에너지의 극소값으로부터 제1,2임계각을 구하여 수학식 5, 6과 7을 이용하여 계산할 수 있어서 시험편의 채취없이 온라인에서도 수행할 수 있다. 집합조직은 영률과 전단률을 구하는 방법을 강판의 압연방향에 대해 여러각도로 적용하여 영률과 전단률의 각도에 대한 값을 구하여 금속판의 집합조직을 확인할 수 있다.That is, the Young's modulus and shear rate of the metal plate can be calculated by using Equations 5, 6, and 7 by measuring the energy of backscattered ultrasound with respect to the angle, and obtaining the first and second critical angles from the minimum values of the measured energy. Can be done online without In the aggregate structure, the Young's modulus and the shear rate are applied to the rolling direction of the steel sheet at various angles to obtain the values for the Young's modulus and the shear rate angle.

초음파를 이용한 평균입도 측정에서 초음파 후방산란의 에너지를 레일레이 임계각 주위(±1°이내)에서 측정된 신호의 에너지는 10°이상의 다른 입사각에서 측정된 에너지보다 50∼400%정도의 큰 신호를 얻을 수 있어 초음파 후방산란을 이용하여 평균입도 측정의 정확도를 크게 높일 수 있다.In the mean particle size measurement using ultrasonic waves, the energy of ultrasonic backscattering is measured around the Rayleigh critical angle (within ± 1 °) and the energy of the signal is 50 ~ 400% larger than the energy measured at other angles of incidence above 10 °. Ultrasonic backscattering can greatly improve the accuracy of average particle size measurements.

Claims (1)

스테인레스 냉연강판의 평균입도를 측정하는 방법에 있어서, 스테인레스 냉연강판의 소둔로(20)와 산세설비(21)의 사이에 설치되고 평행하게 설치된 두 롤(18a),(18b)의 사이에 물탱크(17a),(17b)를 설치하고, 스테인레스 냉연코일(16)이 물탱크(17a),(17b) 속을 진행하도록 하며, 물탱크(17a) 속에서 냉연코일(16)과 일정한 거리와 각도로 주파수가 레일레이 산란조건인 λ≫D (λ는 초음파의 파장, D는 금속판의 평균입도)에 부합하는 초음파 탐촉자(13)를 냉연코일(16)의 상부 또는 하부에 설치하여 펄스 송,수신장치(11)를 통하여 고전압 펄스를 초음파 탐촉자(13)에 보내서 생긴 초음파(22)를 접촉매질로 사용한 물을 통해서 스테인레스 냉연코일(16)에 입사하고, 후방 산란된 초음파(22)를 초음파 탐촉자(13)로 받아서 펄스 송,수신장치(11)로 보내고, 펄스 송,수신장치(11)의 신호를 신호증폭기(14)에서 증폭하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 연산장치(15)에 보내며, 연산장치(15)는 측정된 신호를 식 (Ε는 초음파신호의 에너지, Vi는 연산부(15)에서 초음파신호를 증폭하여 아날로그 신호를 디지털로 변환한 값, I는 1부터 N까지의 정수)로서 에너지를 측정하며, 상기 에너지 값의 각도에 대한 그래프에서 극소값으로 임계각1과 임계각2의 각도를 구하여In the method for measuring the average particle size of the stainless steel cold rolled steel sheet, the water tank between the two annealing furnace 20 and the pickling equipment 21 of the stainless steel cold rolled steel sheet and installed in parallel to the water tank (17a) and (17b) are installed, and the stainless cold rolled coil (16) proceeds in the water tank (17a), (17b), the constant distance and angle with the cold rolled coil (16) in the water tank (17a) Pulse transducers are installed on the upper or lower part of the cold rolled coil 16 in accordance with λ »D (λ is the wavelength of the ultrasonic wave, and D is the average particle size of the metal plate). Through the device 11, the high voltage pulse is sent to the ultrasonic transducer 13, and the stainless steel coil 16 is incident on the stainless cold rolled coil 16 through water using the ultrasonic wave 22 generated as a contact medium. 13) to the pulse transmitting and receiving device 11, the pulse transmitting and receiving device 11 Amplifying a call in a signal amplifier 14 and sent to the calculation unit 15 converts the analog signal into a digital signal, the calculation device 15 on the measured signals formula (Ε is the energy of the ultrasonic signal, V i is the value obtained by converting the analog signal to digital by amplifying the ultrasonic signal by the calculation unit 15, I is an integer from 1 to N) and measures the energy, the angle of the energy value Find the angles of Critical Angle 1 and Critical Angle 2 as the minimum values from the graph for 과 식 을 이용하여 금속판의 영률과 전단율을 구하고(여기서 Y는 영률, G는 전단률, νl은 고체에서의 종파의 속도, νt는 고체에서의 횡파의 속도, ρ는 고체의 밀도, μ는 포아손비이다.),레일레이 임계각 근처에서 에너지 값을 구하여 강판의 평균입도(D)를 식 E=Dn 에 의하여 구하며, 냉연코일(16)과 초음파 탐촉자(13)가 이루는 레일레이 임계각의 ±1°의 범위로 하여 초음파를 입사함으로서 측정의 정밀도를 향상시킴을 특징으로 하는 초음파 후방산란을 이용한 금속판의 영률, 전단률, 집합조직과 평균입도의 측정방법.expression Overeating The Young's modulus and shear modulus of the metal plate are calculated using (Y is the Young's modulus, G is the shear rate, ν l is the velocity of longitudinal wave in solid, ν t is the velocity of transverse wave in solid, ρ is density of solid, μ is The average particle size (D) of the steel sheet by calculating the energy value near the critical angle of the rail. E = D n The Young's modulus of the metal plate using ultrasonic backscattering, which improves the measurement accuracy by injecting ultrasonic waves within the range of ± 1 ° of the Rayleigh critical angle formed by the cold rolled coil 16 and the ultrasonic probe 13. , Shear rate, texture and average particle size.
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KR100664470B1 (en) * 1998-06-08 2007-01-04 벨로이트 테크놀로지스 인코포레이티드 Ultrasonic examination of coated parts

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