KR20130014817A - 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법 및 장치 - Google Patents

레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법 및 장치가 제공된다. 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 장치는, 이송중인 피검사체의 측정점을 기준으로, 상기 피검사체의 이송 방향에 위치한 제1 지점, 폭 방향에 위치한 제2 지점, 및 상기 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향에 위치한 제3 지점에 직선 형태의 펄스 레이저를 조사하여 측정점으로 향하는 초음파를 발생시키는 초음파 발생부와, 제1 지점으로부터의 제1 초음파, 제2 지점으로부터의 제2 초음파, 및 제3 지점으로부터의 제3 초음파가 도달하는 측정점에 초음파 검출용 레이저를 조사하는 검출용 레이저 발생부와, 측정점에서 반사되는 초음파 검출용 레이저로부터 해당 초음파 진동에 의해 발생되는 초음파 검출용 레이저의 주파수 변화를 검출하는 주파수 변화 검출부와, 주파수 변화 검출부에서 검출한 초음파 검출용 레이저의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여, 해당 방향의 제1 초음파, 제2 초음파, 및 제3 초음파의 속도를 연산하고, 연산된 제1 초음파의 속도, 제2 초음파의 속도, 및 제3 초음파의 속도로부터 피검사체의 소성 변형률을 구하는 연산부를 포함하여 구성된다. 이를 통해 굴곡이나 진동이 있는 강판의 경우에도 소성률을 측정할 수 있으며, 이송 중인 강판에도 적용할 수 있는 기술적 효과가 있다.

Description

레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING PLASTIC DEFORMATION RATIO USING LASER ULTRASONIC}
본 발명은 레이저 초음파 기술을 이용하여 강판의 소형 변형율을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 강판의 소성 변형률(plastic strain ratio)은 강판의 성형성(pressibility) 및 가공성(formability)에 영향을 미치는 주요 인자이다. 제철 공정에서 최종 제품 중 하나인 강판은 고온의 슬라브를 압연하여 생산한다. 즉, 고온의 슬라브를 열간 압연(hot-rolling)하여 열연 강판을 생산하며, 이 열연 강판을 냉간 압연(cold-rolling)하여 냉연 강판을 생산한다. 이와 같은 냉연 또는 열연 강판은 압연 과정에서 조직(texture)을 갖게 된다. 특히, 특정한 방향(강판의 길이 방향)으로 압연되는 과정에서 강판의 결정립(grain)들이 방향성을 갖게 되며, 이로 인해 조직(texture)이 형성된다. 이와 같은 조직은 강판의 물성에 방향성을 부여한다. 강판에 있어서 방향성을 갖는 물성은 성형성 및 가공성에 영향을 미치며, 그 특성은 소성 변형률로 표시될 수 있다. 따라서, 이러한 소성 변형률은 강판의 주요 품질 항목 중 하나이다.
종래에는 생산된 강판의 일부를 채취한 후, 인장 실험을 통해 소성 변형률을 측정하였다. 그러나 이와 같은 시편 채취에 의한 파괴적 방법은 긴 스트립 형태를 갖는 강판 전체의 품질을 대표할 수 없으며, 시편 채취 및 측정에 많은 시간이 소요되어 측정 결과를 생산 라인에 피드백하여 품질을 향상시키기 어렵다.
이와 같은 기존의 측정 방식의 한계를 극복하기 위해 온라인 조직 및 소성 변형률을 측정하는 방법이 시도되고 있다. 소성 변형률을 측정하기 위한 방법 중 하나는 인용문헌 1(미국 등록 특허 제4,790,188호)에 개시된 접촉식 압전 소자를 이용하는 방법이다. 하지만, 상술한 인용문헌 1에 개시된 발명은 이송 중인 강판에는 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로, 인용문헌 2(미국등록특허 제5,154,081호)에 개시된 것으로, EMAT를 이용하는 방법이 있다. 하지만, 인용 문헌 2에 개시된 발명은 측정 대상(강판)과의 거리("standoff"로 표기됨)를 수 mm 이내로 유지하여야 하기 때문에, 강판에 파형 굴곡(wave)이 있으며, 강판의 진동이 있는 생산 라인, 특히 압연 라인에는 적용이 불가능하다는 문제점이 있다.
1. 인용문헌 1(미국등록특허 제4,790,188호) 2. 인용문헌 2(미국등록특허 제5,154,081호)
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 굴곡이나 진동이 있는 강판의 경우에도 소성률을 측정할 수 있는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 이송 중인 강판에 적용할 수 있는 소성 변형률을 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 압전 소자나 EMAT와 같은 고가의 부품을 대체할 수 있는 소성 변형률을 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면,
이송중인 피검사체의 측정점을 기준으로, 상기 피검사체의 이송 방향에 위치한 제1 지점, 폭 방향에 위치한 제2 지점, 및 상기 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향에 위치한 제3 지점에 직선 형태의 펄스 레이저인 제1 레이저 빔을 조사하여 초음파를 발생시키는 초음파 발생부;
상기 제1 지점으로부터의 제1 초음파, 상기 제2 지점으로부터의 제2 초음파, 및 상기 제3 지점으로부터의 제3 초음파가 도달하는 상기 측정점에 제2 레이저 빔을 조사하는 검출용 레이저 발생부;
상기 측정점에서 반사되는 상기 제2 레이저빔으로부터 해당 초음파 진동에 의해 발생되는 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 검출하는 주파수 변화 검출부; 및
상기 주파수 변화 검출부에서 검출한 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여, 해당 방향의 상기 제1 초음파, 상기 제2 초음파, 및 상기 제3 초음파의 속도를 연산하고, 연산된 상기 제1 초음파의 속도, 상기 제2 초음파의 속도, 및 상기 제3 초음파의 속도로부터 상기 피검사체의 소성 변형률을 구하는 연산부를 포함하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 측정점으로부터 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점까지의 각 거리는 서로 상이하게 설정함으로써, 상기 제1 내지 제3 초음파의 상기 측정점으로의 도달 시간이 서로 다르도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 초음파는,
P파를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면,
이송중인 피검사체의 측정점을 기준으로, 상기 피검사체의 이송 방향에 위치한 제1 지점, 폭 방향에 위치한 제2 지점, 및 상기 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향에 위치한 제3 지점에 직선 형태의 펄스 레이저인 제1 레이저 빔을 조사하여 초음파를 발생시키는 단계;
상기 제1 지점으로부터의 제1 초음파, 상기 제2 지점으로부터의 제2 초음파, 및 상기 제3 지점으로부터의 제3 초음파가 도달하는 상기 측정점에 제2 레이저 빔을 조사하는 단계;
상기 측정점에서 반사되는 상기 제2 레이저빔으로부터 해당 초음파 진동에 의해 발생되는 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 검출하는 단계; 및
상기 주파수 변화 검출부에서 검출한 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여, 해당 방향의 상기 제1 초음파, 상기 제2 초음파, 및 상기 제3 초음파의 속도를 연산하고, 연산된 상기 제1 초음파의 속도, 상기 제2 초음파의 속도, 및 상기 제3 초음파의 속도로부터 상기 피검사체의 소성 변형률을 구하는 단계를 포함하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 측정점으로부터 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점까지의 각 거리는 서로 상이하게 설정함으로써, 상기 제1 내지 제3 초음파의 상기 측정점으로의 도달 시간이 서로 다르도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 초음파는,
P파를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 비접촉식으로 소성률을 측정할 수 있기 때문에, 굴곡이나 진동이 있는 강판의 경우에도 소성률을 측정할 수 있는 기술적 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 소성 변형률을 구할 때 강판의 이송 속도를 고려함으로써, 이송 중인 강판에도 적용할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 하나의 센싱 파트를 통해 다수의 초음파를 센싱함으로써, 압전 소자나 EMAT와 같은 고가의 부품을 대체할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소성 변형률을 측정하는 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 레이저 빔에 의해 발생될 수 있는 초음파의 종류를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제1 레이저빔에 의해 발생될 수 있는 초음파의 속도를 비교한 도면이다.
도 4는 (a) 제1 레이저 빔을 원형 스폿 형태의 펄스로 조사하는 경우와 (b) 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제1 레이저 빔을 직선 형태의 펄스로 조사하는 경우 초음파 신호의 세기를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 초음파 내지 제3 초음파의 측정점까지의 도달 시간을 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소성 변형률을 측정하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소성 변형률을 측정하는 장치의 전체 구성도이다. 한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 레이저 빔에 의해 발생될 수 있는 초음파의 종류를, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제1 레이저빔에 의해 발생될 수 있는 초음파의 속도를 비교한 도면이다. 그리고 도 4는 (a) 제1 레이저 빔을 원형 스폿 형태의 펄스로 조사하는 경우와 (b) 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제1 레이저 빔을 직선 형태의 펄스로 조사하는 경우 초음파 신호의 세기를 비교 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 초음파 내지 제3 초음파의 측정점까지의 도달 시간을 비교하기 위한 도면이다.
우선, 도 1의 실시예에 따른 소성 변형률 측정 장치는 이송중인 피검사체(강판)(S)의 측정점(P0)을 기준으로, 피검사체(S)의 이송 방향(D1)에 위치한 제1 지점(P1), 폭 방향(D2)에 위치한 제2 지점(P2), 및 제1 방향(D1)과 소정의 각도(θ)를 가진 방향(D3)에 위치한 제3 지점(P3)에 직선 형태의 펄스 레이저인 제1 레이저빔(B1)을 조사하여 초음파를 발생시키는 초음파 발생부(100); 제1 지점(P1)으로부터의 제1 초음파, 제2 지점(P2)으로부터의 제2 초음파, 및 제3 지점(P3)으로부터의 제3 초음파가 도달하는 측정점(PO)에 초음파 검출용 레이저인 제2 레이저 빔(B2)을 조사하는 검출용 레이저 발생부(110); 측정점(P0)에서 반사되는 제2 레이저 빔(B2)으로부터 해당 초음파 진동에 의해 발생되는 제2 레이저 빔(B2)의 주파수 변화를 검출하는 주파수 변화 검출부(120); 및 주파수 변화 검출부(120)에서 검출한 제2 레이저 빔(B2)의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여, 해당 방향의 제1 초음파, 제2 초음파, 및 제3 초음파의 속도를 연산하고, 연산된 제1 초음파의 속도, 제2 초음파의 속도, 및 제3 초음파의 속도로부터 피검사체(S)의 소성 변형률을 구하는 연산부(121)를 포함할 수 있다.
한편, 연산부(121)는 주파수 변화 검출부(120)에서 검출한 제2 레이저 빔(B2)의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여, 해당 방향의 제1 초음파, 제2 초음파, 및 제3 초음파의 속도를 연산하는 제1 연산부(121a)와, 연산된 제1 초음파의 속도, 제2 초음파의 속도, 및 제3 초음파의 속도로부터 피검사체(S)의 소성 변형률을 구하는 제2 연산부(121b)를 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 소성 변형률 측정 장치를 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 초음파 발생부(100)는 이송중인 피검사체(강판)(S)의 측정점(P0)을 기준으로, 피검사체(S)의 이송 방향(D1)에 위치한 제1 지점(P1), 폭 방향(D2)에 위치한 제2 지점(P2), 및 제1 방향(D1)과 소정의 각도(θ)를 가진 방향(D3)에 위치한 제3 지점(P3)에 직선 형태의 펄스 레이저인 제1 레이저 빔(B1)을 조사하여 초음파를 발생시킨다.
구체적으로, 초음파 발생부(100) 중 초음파 발생용 레이저(101)는 피검사체(S)의 표면에서 초음파를 여기시키기 위한 레이저로, 예를 들면 야그(YAG) 레이저나 이산화탄소(CO2) 등 고에너지 펄스 레이저가 사용될 수 있다. 초음파 발생용 레이저(101)에서 발생된 레이저는 광학부(102)로 전달될 수 있다.
한편, 광학부(102)는 소정의 분할 비율(반사광량/투과광량)을 갖는 복수의 빛살 가르개들(103a, 103b)과, 입사된 레이저를 전반사하는 복수의 전반사 거울들(104a, 104b) 그리고 입사된 레이저 빔을 직선형태의 레이저 빔으로 변환하는 복수의 원통형 렌즈(cylindrical lens)(105a, 105b, 105c)를 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가진 광학부(102)에 의해, 초음파 발생용 레이저(101)에서 발생된 제1 레이저 빔(B1)은 빛살 가르개들(103a), 103b) 및 전반사 거울들(104a, 104b)에 의해 3개의 레이저 빔으로 분할될 수 있으며, 각각의 분할된 레이저 빔은, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 원통형 렌즈(cylindrical lens)(105a, 105b, 105c)를 거치면서 직선 형태의 제1 레이저 빔(B1)으로 변환되어 제1 내지 제3 지점(P1 내지 P3)에 조사될 수 있다.
이후 펄스 레이저인 제1 레이저 빔(B1)에 의한 융발 효과(ablation effect)나 열탄성 효과(thermo-elastic effect)에 의해 피검출체(S)로부터, 도 2에 도시된 바와 같은, 다양한 형태의 초음파가 발생될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파는 종파 및 횡파(200), 횡파-종파 모드 변환파(201), 표면파(Rayleigh wave)(202), 및 P파(203)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 다양한 초음파 중 P파(203)를 사용할 수 있는데, 이는 P파(203)가 초음파 발진점(P1 내지 P3)으로부터 초음파 측정점(P0)까지 가장 최단 거리를 전파하기 때문이다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, P파(203)는 다른 파들, 예컨대 종파 및 횡파(200)에 비해 전파 속도가 빠르기 때문에, 다른 파(200)에 비해 초음파 측정점(P0)에 제일 먼저 도착할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제1 레이저 빔(B1)에 의해 발생된 초음파 중 P파를 사용할 수 있다.
또한, 도 4는 (a) 제1 레이저 빔을 원형 스폿 형태의 펄스로 조사하는 경우와 (b) 본 발명의 일 실시 형태에 따라 제1 레이저 빔을 직선 형태로 조사하는 경우 초음파 신호의 세기를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, (a)와 같은 원형 스폿 형태의 펄스를 피검사체(S)의 표면(P1)에 조사하는 경우, 피검사체(S)의 표면(P1)에 대해 여러 방향으로 진행하는 초음파(400)가 발생한다. 하지만, 이러한 원형 스폿 형태의 펄스에 의해 발생된 초음파(400)는 최종 측점점(P0)에서 그 세기가 매우 작을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 직선 형태로 조사함으로써, 발생되는 초음파(401)의 세기를 (a)에 비해 증가시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
한편, 도면부호 D1은 피검사체(강판)(S)의 이송 방향을, D2는 피검사체(S)의 폭 방향을, D3는 피 검사체의 이송 방향(D1)을 기준으로 소정의 각도(θ)를 가진 방향이며, 제1 지점(P1)은 측정점(P0)을 기준으로 D1 방향으로 L1만큼 떨어진 지점을, 제2 지점(P2)은 D2 방향으로 L2만큼 떨어진 지점을, 제3 지점(P3)은 D3 방향으로 L3만큼 떨어진 지점을 의미한다. L1, L2, L3의 거리를 서로 다르게 함으로써, 측정점까지의 제1 초음파 내지 제3 초음파의 측정점까지의 도달 시간을 구분할 수 있는데, 이에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 초음파 내지 제3 초음파의 측정점까지의 도달 시간을 비교하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, L1, L2, L3의 거리가 L3>L2>L1의 관계가 있다고 가정하면, 측정점(P0)으로부터 L1만큼 떨어진 제1 지점(P1)에 도달하는 초음파의 도달 시간(△t1), 측정점(P0)으로부터 L2만큼 떨어진 제2 지점(P2)에 도달하는 초음파의 도달 시간(△t2), 측정점(P0)으로부터 L3만큼 떨어진 제3 지점(P3)에 도달하는 초음파의 도달 시간(△t3)의 순으로 빨리 도달함을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, L1, L2, L3의 거리를 서로 다르게 하는데, 이와 같이 L1, L2, L3의 거리를 서로 다르게 함으로써, 각 지점(P1, P2, P3)으로부터 측정점(P0)에 도달하는 초음파의 도달 시간을 구분할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 초음파 검출용 레이저(110)는 초음파 발생용 레이저(101)로부터의 레이저 빔의 조사에 의해 피검사체(S)의 표면에서 발생하여 피검사체(S) 내를 전파해 온 초음파를 검출하기 위한 레이저이다. 이러한 초음파 검출용 레이저(110)는 단일 주파수의 레이저 빔을 발생하는 것을 이용할 수 있다. 이러한 초음파 검출용 레이저(110)는 제1 지점(P1)으로부터의 제1 초음파, 제2 지점(P2)으로부터의 제2 초음파, 및 제3 지점(P3)으로부터의 제3 초음파가 도달하는 측정점(P0)에 제2 레이저 빔(B2)을 조사한다.
주파수 변화 검출부(120)는 주파수 변화를 검출하는 주파수 변화 검출부로, 특정 주파수만을 진동시켜 투과시키는 필터로서 동작한다. 주파수 변화 검출부(120)는 예를 들면, 파브리-페롯 간섭계(Fabry-Ferot Interferometer)가 이용될 수 있다. 이러한 파브리-페롯 간섭계는 초음파 진동에 의해 생기는 제2 레이저 빔(B2)의 주파수 변화를 검출한다. 검출된 주파수 변화는 연산부(121)로 전달된다.
연산부(121)는 제1 연산부(121a)와 제2 연산부(121b)를 포함하여 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제1 연산부(121a)는 주파수 변화 검출부(120)로부터 전달받은 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여 해당 초음파(제1 내지 제3 초음파)가 피검사체(S)의 내부를 전파하여 측정점(P0)까지 도달하는 도달 시간을 구한다. 이후 제1 내지 제3 초음파의 도달 시간에 기초해서 해당 초음파의 속도를 연산한다. 연산된 초음파의 속도를 제2 연산부(121b)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 제2 연산부(121b)는 제1 연산부(121a)로부터 전달받은 제1 초음파 내지 제3 초음파의 속도로부터 피검사체(S)의 소성 변형률을 구한다. 소형 변형률은 하기의 수학식:
[수학식]
R(θ) = f(V(θ), Vsheet), Rave = f(Vrd, Vwd, V(45°), Vsheet)
에 의한 함수로 표현될 수 있다. 수학식에서 R(θ)는 방향별(이송 방향, 폭 방향, 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향) 소성률, Rave는 방향별 소성률을 모두 고려한 평균 소성률, V(θ)는 특정 방향에서 도달하는 초음파의 속도, Vsheet는 피검사체(강판)의 이동 속도, Vrd는 이송 방향(Rolling Direction, RD)에 위치한 지점에서 도달하는 초음파의 속도를, Vwd는 폭 방향(Width Direction, WD)에 위치한 지점에서 도달하는 초음파의 속도를, V(45°)는 측정점을 기준으로 이송 방향과 45도를 이루는 방향의 지점에서 도달하는 초음파의 속도를 의미한다. 특히, 피검사체(강판)의 이동 속도(Vsheet)는 초음파 속도 보정용으로 사용될 수 있다.
한편, 수학식에서는 소성률을 구하는데 필요한 변수들만을 도시하였으며, 구체적인 소성률의 값은 이론적으로 또는 실험적으로 도출할 수 있는바, 본 명세서에서는 구체적인 수식으로 표현하지는 않았다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 비접촉식으로 소성률을 측정할 수 있기 때문에, 굴곡이나 진동이 있는 강판의 경우에도 소성률을 측정할 수 있는 기술적 효과가 있다. 또한, 소성 변형률을 구할 때 강판의 이송 속도를 고려함으로써, 이송 중인 강판에도 적용할 수 있으며, 하나의 센싱 파트(120, 121)를 통해 다수의 초음파를 센싱함으로써, 압전 소자나 EMAT와 같은 고가의 부품을 대체할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소성 변형률을 측정하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선 초음파 발생부(100)는 이송중인 피검사체(강판)(S)의 측정점(P0)을 기준으로, 피검사체(S)의 이송 방향(D1)에 위치한 제1 지점(P1), 폭 방향(D2)에 위치한 제2 지점(P2), 및 제1 방향(D1)과 소정의 각도(θ)를 가진 방향(D3)에 위치한 제3 지점(P3)에 직선 형태의 펄스 레이저인 제1 레이저 빔(B1)을 조사하여 초음파를 발생시킨다(S700).
다음, 초음파 검출용 레이저(110)는 제1 지점(P1)으로부터의 제1 초음파, 제2 지점(P2)으로부터의 제2 초음파, 및 제3 지점(p3)으로부터의 제3 초음파가 도달하는 측정점(P0)에 제2 레이저 빔(B2)을 조사한다(S701).
이후, 주파수 변화 검출부(120)는 초음파 진동에 의해 생기는 제2 레이저 빔(B2)의 주파수 변화를 검출한다(S702). 검출된 주파수 변화는 제1 연산부(121a)로 전달된다.
다음으로, 제1 연산부(121a)는 주파수 변화 검출부(120)로부터 전달받은 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여 해당 초음파(제1 내지 제3 초음파)가 피검사체(S)의 내부를 전파하여 측정점(P0)까지 도달하는 도달 시간을 구한다. 이후 제1 내지 제3 초음파의 도달 시간에 기초해서 해당 초음파의 속도를 연산한다(S703). 연산된 초음파의 속도를 제2 연산부(121b)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 제2 연산부(121b)는 제1 연산부(121a)로부터 전달받은 제1 초음파 내지 제3 초음파의 속도로부터 피검사체(S)의 소성 변형률을 구한다(S704). 소형 변형률은 하기의 수학식:
[수학식]
R(θ) = f(V(θ), Vsheet),
Rave = f(Vrd, Vwd, V(45°), Vsheet)
에 의한 함수로 표현될 수 있다. 수학식에서 R(θ)는 방향별(이송 방향, 폭 방향, 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향) 소성률, Rave는 방향별 소성률을 모두 고려한 평균 소성률, V(θ)는 특정 방향에서 도달하는 초음파의 속도, Vsheet는 피검사체(강판)의 이동 속도, Vrd는 이송 방향(Rolling Direction, RD)에 위치한 지점에서 도달하는 초음파의 속도를, Vwd는 폭 방향(Width Direction, WD)에 위치한 지점에서 도달하는 초음파의 속도를, V(45°)는 측정점을 기준으로 이송 방향과 45도를 이루는 방향의 지점에서 도달하는 초음파의 속도를 의미한다. 특히, 피검사체(강판)의 이동 속도(Vsheet)는 초음파 속도 보정용으로 사용될 수 있다.
한편, 수학식에서는 소성률을 구하는데 필요한 변수들만을 도시하였으며, 구체적인 소성률의 값은 이론적으로 또는 실험적으로 도출할 수 있는바, 본 명세서에서는 구체적인 수식으로 표현하지는 않았다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 비접촉식으로 소성률을 측정할 수 있기 때문에, 굴곡이나 진동이 있는 강판의 경우에도 소성률을 측정할 수 있는 기술적 효과가 있다. 또한, 소성 변형률을 구할 때 강판의 이송 속도를 고려함으로써, 이송 중인 강판에도 적용할 수 있으며, 하나의 센싱 파트(120, 121)를 통해 다수의 초음파를 센싱함으로써, 압전 소자나 EMAT와 같은 고가의 부품을 대체할 수 있는 기술적 효과가 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 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 초음파 발생부 101: 초음파 발생용 레이저
102: 광학부 103a, 103b: 빛살 가르개
104a, 104b: 전반사 거울 105a, 105b, 105c: 원통형 렌즈
110: 초음파 검출용 레이저 120: 주파수 변화 검출부 121: 연산부 121a: 제1 연산부
121b: 제2 연산부 200: 종파 및 횡파
201: 횡파-종파 변환모드 202: 표면파
203: P파 P0: 측정점
S: 피검사체(강판) B1: 제1 레이저 빔
B2: 제2 레이저 빔 D1:이송 방향
D2: 폭 방향
D3: 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향
P1, P2, P3: 제1 지점 내지 제3 지점

Claims (6)

  1. 이송중인 피검사체의 측정점을 기준으로, 상기 피검사체의 이송 방향에 위치한 제1 지점, 폭 방향에 위치한 제2 지점, 및 상기 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향에 위치한 제3 지점에 직선 형태의 펄스 레이저인 제1 레이저 빔을 조사하여 초음파를 발생시키는 초음파 발생부;
    상기 제1 지점으로부터의 제1 초음파, 상기 제2 지점으로부터의 제2 초음파, 및 상기 제3 지점으로부터의 제3 초음파가 도달하는 상기 측정점에 제2 레이저 빔을 조사하는 검출용 레이저 발생부;
    상기 측정점에서 반사되는 상기 제2 레이저빔으로부터 해당 초음파 진동에 의해 발생되는 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 검출하는 주파수 변화 검출부; 및
    상기 주파수 변화 검출부에서 검출한 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여, 상기 제1 초음파, 상기 제2 초음파, 및 상기 제3 초음파의 속도를 연산하고, 연산된 상기 제1 초음파의 속도, 상기 제2 초음파의 속도, 및 상기 제3 초음파의 속도로부터 상기 피검사체의 소성 변형률을 구하는 연산부를 포함하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정점으로부터 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점까지의 각 거리는 서로 상이하게 설정하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초음파는,
    P파를 포함하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 장치.
  4. 이송중인 피검사체의 측정점을 기준으로, 상기 피검사체의 이송 방향에 위치한 제1 지점, 폭 방향에 위치한 제2 지점, 및 상기 이송 방향과 소정의 각도를 가진 방향에 위치한 제3 지점에 직선 형태의 펄스 레이저인 제1 레이저 빔을 조사하여 초음파를 발생시키는 단계;
    상기 제1 지점으로부터의 제1 초음파, 상기 제2 지점으로부터의 제2 초음파, 및 상기 제3 지점으로부터의 제3 초음파가 도달하는 상기 측정점에 제2 레이저 빔을 조사하는 단계;
    상기 측정점에서 반사되는 상기 제2 레이저빔으로부터 해당 초음파 진동에 의해 발생되는 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 검출하는 단계; 및
    상기 주파수 변화 검출부에서 검출한 상기 제2 레이저 빔의 주파수 변화를 나타내는 파형 데이터에 기초하여, 해당 방향의 상기 제1 초음파, 상기 제2 초음파, 및 상기 제3 초음파의 속도를 연산하고, 연산된 상기 제1 초음파의 속도, 상기 제2 초음파의 속도, 및 상기 제3 초음파의 속도로부터 상기 피검사체의 소성 변형률을 구하는 단계를 포함하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측정점으로부터 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점까지의 각 거리는 서로 상이하게 설정하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 초음파는,
    P파를 포함하는 레이저 초음파를 이용한 소성 변형률 측정 방법.
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