KR20020052867A - 냉연 강판의 용접부 검사 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 냉연 작업에서 발생 가능한 용접부 불량에 의한 코일의 판파단을 방지하기 위한 기술로서, 연속 라인 초반의 용접부를 작업 중 온라인에서 검사하는 기본 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 강자성체인 냉연 강판에 판파 모드의 초음파를 발생시키는 EMAT와; 상기의 EMAT를 구동시키는 고출력 고주파 신호발생장치와; 신호 증폭과 후처리를 위한 수신장치와; 그리고 상기 EMAT의 전자석과 상기의 신호발생장치를 제어하는 컴퓨터로 구성된 일련의 용접부 검사장치를 제공한다.

본 발명은 냉연강판의 용접부 내에 존재하는 결함정도를 온라인으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치 및 방법에 의할 경우, 판파단의 위험성을 제거하고, 조업의 안전성과 용접품질의 향상 및 제조원가 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다. 또한, 롤 파손 가능성을 미연에 방지할 수 있게 되는 잇점도 있다.

Description

냉연 강판의 용접부 검사 장치 및 그 방법{A method of and apparatus for inspecting weld parts on the cold rolled steel strip}

본 발명은 연속 냉연 작업에서 발생 가능한 용접부 불량에 의한 코일의 판파단을 방지하기 위한 기술로서, 연속 라인 초반의 용접부를 작업 중 온라인에서 검사하는 기본 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철공장의 연속냉연 공정에서 용접부 불량을 검사하는 방법은 여러가지가 시도되고 있다. 종래는 미심쩍은 용접상태에 대해서는 육안에 의해 용접부를 직접 확인하였다. 육안에 의한 직접확인 방식에 의할 경우, 조업자 특성에 따른 판정오차는 상존하였고, 용접부 내부의 결함 확인은 어려웠다.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 일부에서는 전부터 전류측정법을 응용하여 용접 특성분석을 시도하고 있었다. 그러나, 이 방법은 용접상태를 간접적으로 이해하여 용접부의 품질을 추측하는 것이므로, 이 방법에 의할 경우에도 강종 및 용접전압, 전류 및 업셋량 등 용접조건의 미묘한 변화에 따라 비선형적인 결과를 얻는단점이 있었다.

한편, 이러한 간접적인 용접상태의 추측보다 직접적인 용접부 관측을 하려는 시도가 있었다. 초음파를 이용한 용접부 주사가 그것인데, 이 방법은 조업중 온라인에서 초음파를 발생시키기 위해서 전자기 초음파 변환기(EMAT, Electromagnetic Acoustic Transducer)를 사용한다. 전자기 초음파 변환기를 이용하여 용접부를 검사하는 기술의 대표적인 예로서, 미국 특허 US 5,537,876호를 들 수 있다. 이 발명은 센서와 용접선과의 거리가 일정한 경우에는 비교적 정확한 검사 결과를 얻을 수 있으나, 실제 제철소 현장에서와 같이 센서와 용접선간의 거리가 일정치 않은 경우, 그리고 센서와 대상체간의 거리인 리프트오프(lift-off)가 일정치 않을 경우에는 적용하기 어려운 단접이 있었다. 이러한 단점을 극복하는 기술로서 용접결함 자동검사장치(US 5,474,225호와 US 5,439,157호)와 이에 따른 센서 이송 시스템(US 5,777,229호)이 발명되었다. 그러나, 이 방법도 또한 센서와 용접부간의 거리가 크거나 현장의 전기적 노이즈가 클 경우에는 적용하기 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연속 냉연작업에서 발생 가능한 용접부 불량에 의한 코일의 판파단을 방지하기 위한 기술로서, 연속 라인 초반에 생성되는 용접부를 초음파를 이용하여 검사하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 장치 구성도이고,

도 2는 전자석 구동신호 대비 초음파 펄스의 트리거 싯점이며,

도 3은 용접부에 가공한 결함에서 반사된 초음파 신호이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 발신 EMAT 2 : 수신 EMAT

3 : 용접부 4 : 냉연 강판

5 : 초기 초음파 6 : 용접부를 지난 초음파

7 : 용접 결함에서 반사된 초음파 8 : 측정 가능 범위

9 : 측정 거리 10: 수신 EMAT의 임피던스 정합회로

11: Pre 증폭기 12: 밴드 패스 필터

13: 신호 처리기 14: 중앙 제어 PC

15: 전자석 교류 전원 16: 전자석 교류 트리거

17: 펄스 발생기 18: RF 증폭기

19: 수신 EMAT의 임피던스 정합회로 20: 트리거 신호

21: 전자석 교류 전원 신호 22: EMAT 수신 신호

23: 트리거 싯점 24: 트리거 신호

25: EMAT 수신 신호 26: 전자석 교류 전원 신호

27: 메인방 28: 수신기에서 픽업된 송신 신호

29: 용접부에 위치한 결함 신호

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 강자성체인 냉연 강판에 판파 모드의 초음파를 발생시키는 EMAT와; 상기의 EMAT를 구동시키는 고출력 고주파 신호발생장치와; 신호 증폭과 후처리를 위한 수신장치와; 그리고 상기 EMAT의 전자석과 상기의 신호발생장치를 제어하는 컴퓨터로 구성된 일련의 용접부 검사장치를 제공한다.

이하, 본 발명을 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 제공된 것일 뿐, 본 발명의 기술사상이 첨부된 도면 및 그 설명에 한정되는 것이 아님은 명백하다.

도 1은 본 발명의 장치 블럭 다이아그램이다. 발신 EMAT(1)는 초음파를 발생한다. 여기에서 만들어지는 초기 초음파(5)는 강판(4)을 따라 진행하다가, 용접부(3)에서 결함이 있을 경우는 반사파(7)로 되어 돌아오고, 결함이 없을 경우는 계속 진행한다(6). 수신 EMAT(2)는 측정거리(9)에 해당하는 시간에 상기의 반사파(7)를 받아서 모니터링하고 있다가, 큰 신호가 잡히면 용접부(3)에 결함이 있는 것으로 판정한다. 모니터링하는 시간의 창의 크기는 측정하고자 하는 측정가능범위(8)의 크기에 따라 결정된다. 이것은 조업라인을 제어하는 PLC의 정밀도에 따라 달라진다.

수신 EMAT(2)는 임피던스 정합회로(10)에 연결되어 있고, 발신 EMAT(1)는 임피던스 정합회로(19)에 연결되어 있다. 이때, 수신 EMAT(2)는 수 mV의 작은 신호에도 민감하게 반응해야 하므로 정합회로(10)의 임피던스를 최대화한다. 반면에 발신 EMAT(1)는 RF 증폭기(18)의 파워를 초음파로 최대한 바꿔야 하므로, 정합회로(19)의 임피던스를 최소화한다. 수신 EMAT(2)로부터 들어오는 미세신호를 증폭하는 Pre 증폭기(11)는 40dB정도의 증폭 능력을 갖추고, 여기서 나오는 신호는 밴드패스필터(12)로 들어가 잡음을 걸러낸다. 신호 처리기(13)는 상기의 필터를 거친 신호에서 용접부가 존재할 시간대의 윈도우를 씌워 특징값을 추출한다. 본 발명에서는 높은 노이즈 수준에 대비하여 신호 처리기(13)에서의 특징값을 이동평균치를 피크홀더한 값으로 사용한다. 용접부의 결함신호는 중앙제어 PC(14)에 전달되어 조업자에 경보를 알리게 된다.

PLC와 연결된 중앙제어 PC(14)는 조업라인의 스트립이 정지하면 전자석 파워(15)를 가동시키고, EMAT 시스템을 강판의 폭방향으로 진행시킨다. 전자석은 교류로 가동되는데, 그 이유는 수월한 EMAT 이동을 위해서이며, 적절한 교류 전자석이 직류 전자석 보다 큰 초음파를 발생시키기 때문이다. 전자석과 EMAT를 동기시키기 위해서는 전자석 교류 전압의 트리거(16)를 잡아내어 EMAT 펄스 발생기(17)로 전달한다. 발생된 펄스는 RF 증폭기(18)에서 최대 1kV의 전압으로 증폭된다.

도 2는 전자석 교류 전원(21)과 EMAT 펄스의 트리거 신호(20)를 동기화시키는 방법이다. 전자석은 강자성체인 냉연 강판을 자화시키기 위한 것으로, EMAT가 초음파를 발생시키는데 있어서 바이어스 정적 자기장(Bias Static Field)의 역할을 한다. 냉연강판의 자화 싯점과 EMAT 펄스의 트리거 싯점(23)이 어느 정도로 동기화 되느냐에 따라 수신 초음파 신호(22)의 감도가 결정된다. 수신 초음파 신호의 감도를 가장 크게 하는 것이 전자석 교류 전원이 피크값에서 10∼20% 정도 감소되는 지점에서 EMAT 트리거 신호를 발생시키는 것이다.

이하, 본 발명의 작용, 효과를 설명한다.

도 3은 높은 신호 감도를 얻도록 발명된 EMAT 코일과 바이어스 전자석 조합을 이용하여 오프라인에서 냉연강판에 임의의 결함을 가공한 후 실험한 것을 나타낸 도면이다. 전자석 교류 전원(26)이 피크를 지나 적절한 싯점에서의 펄스 트리거 신호(24)와 발생된 초음파가 결함에서 반사되어 올 경우의 수신 신호(25)이다. 펄스 트리거에 따라 RF 증폭기(18)에서 메인방(27)이 만들어 진 후, 생성된 초음파는 수신 EMAT에서 송신신호(28)로서 바로 픽업되며, 이후 용접부의 결함 정도에 따라 결함신호(29)의 크기가 결정된다. 이 결함은 비교적 큰 결함으로서 실제 용접결함은 이보다 작다. 수백 kHz에 해당하는 초음파 신호를 이용하기 위해서는 하드웨어적인 신호처리 장치로 구성한다. 결함의 크기를 결정하는 것은 결함신호(29)와 픽업된 송신신호(28)을 이용해야 한다. EMAT는 특성상 리프트오프에 따라 발생되는 초음파 크기가 크게 변하므로 결함신호를 송신신호로 정규화하는 작업이 필요한 것이다.

본 발명은 냉연 박물재에 있어서 산세라인 입측 용접 직후, 용접부의 용접 상태를 직접적으로 파악할 수 있는 EMAT 초음파를 이용한 용접부 판정기술 개발의 기초적인 장치와 기술을 제공한다. 이것을 기반으로 하여, 용접부 내의 결함정도를온라인으로 측정한 후, 판파단의 위험성을 제거하고, 조업의 안전성과 용접품질의 향상 및 제조원가 절감의 효과를 얻을 수 있으며, 롤 파손 가능성을 미연에 방지할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 의한 냉연 강판의 용접부 검사 장치 및 그 방법을 첨부된 도면에 의하여 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되지 아니함은 당연하다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 명세서의 기재내용 및 첨부된 도면에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 자명하다고 할 것이다.

Claims (2)

1. 강자성체인 냉연 강판에 판파 모드의 초음파를 발생시키는 EMAT와; 상기의 EMAT를 구동시키는 고출력 고주파 신호발생장치와; 신호 증폭과 후처리를 위한 수신장치와; 그리고 상기 EMAT의 전자석과 상기의 신호발생장치를 제어하는 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 하는 냉연강판의 용접부 검사장치.
2. 발신 EMAT(1)에서 초음파를 발생하고, 상기의 초기 초음파(5)는 강판(4)을 따라 진행하다가, 용접부(3)에서 결함이 있을 경우에 반사파(7)로 되어 돌아오고, 수신 EMAT(2)는 상기의 반사파(7)를 모니터링하여 용접부(3)의 결함여부를 판정하며, 상기의 반사파를 상기 수신 EMAT(2)가 받아 임피던스 정합회로(10)를 거쳐 Pre-증폭기(11)로 보내어 증폭시키고, 이어서 밴드패스필터(12)에서 잡음을 걸러낸 다음, 신호처리기(13)에서 특징값을 추출하며, 이것을 중앙제어 PC(14)에 전달함으로써 조업자에게 경보를 제공하는 것을 특징으로 하는, 냉연강판의 용접부 결함을 검사하는 방법.