KR20140117983A - 강판 결함 탐상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설치 비용을 줄이고 유지보수가 편리한 강판 결함 탐상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이송하는 강판의 결함을 탐상하기 위한 강판 결함 탐상 장치에 있어서, 상기 강판의 이송 방향에 수직으로 배치되는 센서모듈; 상기 강판의 표면에 이송 방향의 수직으로 자력선이 형성되도록 상기 센서모듈 끝단에 자극이 형성되게 배치되는 자화기; 및 상기 센서모듈의 출력신호를 이용하여 상기 강판의 결함을 탐지하는 신호처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강판 결함 탐상 장치{Apparatus for detecting defect of rolled coil}

본 발명은 강판 결함 탐상 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 구조가 간단하고 유지 보수가 편리한 강판 결함 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, 분포등을 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 어레이를 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.

상기 방법은 강판의 길이 방향으로 지속적으로 발생되는 결함 또는 개재물의 감지를 할 수 있는 장점은 있으나, 상기 다수의 센서 모듈을 포함하고, 각 센서 모듈에서 감지되지 않는 영역의 감지를 위하여 추가의 수직형 센서 모듈이 필요하므로 구조적으로 매우 복잡하고, 또한 매우 높은 자력을 갖는 영구자석을 이용하므로 금속 이물질이 부착된 경우 이물질의 분리가 매우 힘들어 유지보수에 어려움을 나타내고 있다.

따라서, 강판의 길이 방향의 결함도 검출 가능하면서, 구조가 간단하고, 또한 유지보수가 편리한 새로운 방식의 강판 탐사 장치가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 설치 비용을 줄이고 유지보수가 편리한 강판 결함 탐상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이송하는 강판의 결함을 탐상하기 위한 강판 결함 탐상 장치에 있어서, 상기 강판의 이송 방향에 수직으로 배치되는 센서모듈; 상기 강판의 표면에 이송 방향의 수직으로 자력선이 형성되도록 상기 센서모듈 끝단에 자극이 형성되게 배치되는 자화기; 및 상기 센서모듈의 출력신호를 이용하여 상기 강판의 결함을 탐지하는 신호처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 센서모듈은 하나의 단위 센서가 일직선상에 연속적으로 배치되는 센서셋을 포함하며, 상기 센서셋은 단위센서가 96개 내지 128개로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 센서모듈은 하나의 단위 센서가 일직선상에 연속적으로 배치되는 센서셋을 포함하며, 상기 센서셋의 길이는 200mm 내지 300mm인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자화기의 폭은 50mm 내지 700mm이며, 자력의 세기는 500G 내지 2000G인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 자화기는 비자성체 강판을 추가로 탐상하기 위하여 전자석으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자화기는 양끝단에 부착되는 자력 센서를 더 포함하며, 상기 자력 센서는 상기 자화기의 자력을 감지하여 상기 신호처리장치로 출력하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 센서모듈은 복수의 센서셋으로 구성되고, 상기 신호처리장치는 상기 복수의 센서셋의 차동값으로 강판의 결함을 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치는 종래 센서셋의 측면 방향으로 자력선이 이동하는 구성을 변경하여 센서셋의 길이 방향으로 자석에 의한 자력선이 이동하도록 구현하여, 강판 길이 방향의 결함을 바로 감지할 수 있어 장치의 설치가 간단한 효과가 있으며, 낮은 자력으로도 강판의 결함을 탐지할 수 있어, 높은 자력에 기인된 유지보수의 불편을 제거할 수 있는 효과가 있으며, 또한 전자석을 이용하여 구현 가능하여 비자성체의 결함도 탐상할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치 사시도이며,
도 2는 도 1의 측면도이며,
도 3은 도 1에 도시된 센서모듈의 평면도이며,
도 4는 도 1에 도시된 센서모듈의 다른 실시예이며,
도 5는 실시예에 적용된 센서의 사진이며,
도 6은 실시예에 적용된 전자석의 사진이며,
도 7은 실시예에 적용된 강판의 사진이며,
도 8은 실시예에 적용된 탐상 장치의 배치 사진이며,
도 9는 강판이 없는 경우 센서의 출력 그래프이며,
도 10은 결함이 없는 강판의 센서 출력 그래프이며,
도 11은 도 10에서 자석의 극성을 변화시켰을 경우의 센서 출력 그래프이며,
도 12는 결함이 있는 강판의 센서 출력 그래프이며,
도 13은 도 12의 차동값 그래프이며,
도 14는 결함이 있는 또 다른 강판의 센서 출력 그래프이며,
도 15는 도 14의 차동값 그래프이다.

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

본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 이송하는 강판(1), 자화기(10), 센서모듈(20), 상기 자석(10)의 끝단에 설치되어 자력의 크기를 감지하는 복수의 자력 센서(30), 상기 센서모듈(20)과 자력 센서(30)에서 출력되는 신호를 처리하는 신호처리장치(50)를 포함하여 구성된다.

상기 자화기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 'ㄷ'자 형태로 구성되며, 양끝단에 N, S극이 형성되며, N, S극의 대향 길이가 폭보다 넓게 형성된다.

또한 상기 자화기(10)는 영구자석으로 구성될 수 있으나, 비자성체의 탐상을 포함하기 위해서는 전자석으로 구성하는 것이 바람직하면, 전자석으로 구성하는 경우 코일과 다수의 전기 강판을 적층하여 구성한다.

상기 자화기(10)는 500 내지 2000G의 자력 세기를 갖는 것이 바람직하다.

특히 종래 방식에 적용되는 영구자석의 세기가 3000G인 것이 비하여 낮은 자력 세기를 가지므로, 종래 3000G의 자석을 이용하는 경우 일부 자성체가 자석에 붙는 경우 물리적으로 제거하기 어려운 점을 고려하면, 상기 자화기(10)의 자력 세기는 유지보수에 매우 유리한 효과를 제공한다.

한편, 상기 센서모듈(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 자화기(10)의 N, S 극 사이에 길이 방향으로 배치된다.

상기 센서모듈(20)은 단위 센서(21)가 연속하여 배치되는 센서셋(22)을 포함하는 구성으로, 상기 단위 센서(21)는 자기 센서로 예를 들면, GMR 센서, MR 센서 또는 홀 센서로 구성될 수 있으며, 또한 자력을 감지할 수 있는 기능을 갖는 어떠한 센서들도 적용 가능하다.

상기 센서셋(22)은 강판 탐상 분해능을 위하여 단위 센서(21)가 96개 내지 128개가 연속되어 배치되는 구성이 바람직하다.

상기 단위 센서(21)의 수가 96개 미만인 경우에는 분해능이 낮아 탐상 정밀도가 낮은 단점이 있으며, 128개를 초과하는 경우에는 별도로 센서셋(22)을 제작해야 하는 단점이 있다.

그러나 상기 단위 센서(21)의 수는 많으면 많을수록 정밀도에는 유리하므로 제작상 어려움이 없는 경우에는 상기 단위 센서(21)의 최대 개수는 변경할 수 있다.

또한, 상기 센서셋(22)의 길이 L은 200 내지 300mm가 바람직하다. 상기 센서셋(22)의 길이가 200mm 미만인 경우에는 역시 수용할 수 있는 단위 센서(21)의 수가 적어 분해능이 낮은 단점이 있으며, 300mm를 초과하는 경우에는 제작이 어려운 단점이 있다.

또한, 상기 자화기(10)의 폭 W는 50mm 내지 70mm가 바람직하다. 상기 폭이 50mm미만인 경우에는 상기 센서셋(22)이 감지할 수 있는 폭의 강판(1)에 자력을 제공하지 못하고, 70mm를 초과하는 경우에는 자력의 분산이 발생하여 상기 센서셋(20)의 감지 능력이 약화되는 단점이 있다.

또한 상기 센서모듈(20)은 필요한 경우 도 4에 도시된 바와 같이 동일한 구조의 2개의 센서셋(22)을 평행하게 배치하여 각 센서셋(22)에 대응되는 단위 센서(21)의 차동값을 감지하여 강판 내부의 결함을 감지하도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 자화기(10)의 극 끝단에는 자화기(10)의 자력 세기를 감지하기 위한 자력 센서(30)가 부착된다.

상기 자력 센서(30)는 자화기(10)에서 발생되는 자력의 세기만을 측정하는 역할을 하는 것으로 실제 자화기(10)의 자력 상태를 감지할 수 있으며, 특히 자력 변화만을 측정하는 상기 센서모듈(20)과 조합하는 경우 다양한 기능을 부가할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 신호처리장치(50)는 상기 센서셋(22)의 출력 신호를 이용하여 강판(1)에 존재하는 결함을 실질적으로 파악하는 역할을 하며, 두개의 센서셋(22)을 이용하는 경우에는 양 센서셋(22)의 차동값으로 결함을 감지한다.

또한, 필요한 경우 그래픽으로 결함 여부를 출력한다.

또한, 자력 센서(30)의 신호를 이용하여 자화기(10)의 자력정도를 감지하여 상기 센서셋(22)에서 감지되는 결함과 연동하여 자화기(10)의 자력세기를 저장하며, 상기 자력 세기에 따른 결함 측정의 관계를 설정할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치(100) 도 4에 도시된 바와 같이 강판(1)의 이송 방향에 수직으로 센서셋(22)을 배치하므로 자력선의 방향 역시 강판(1) 이송 방향의 수직으로 배치된다.

종래 방식의 경우에는 자력선의 방향이 강판(1)의 이송방향과 동일하여 강판(1)의 결함이 강판(1)의 길이 방향으로 존재하는 경우 감지가 어려워, 상기 센서셋(22)의 경사지게 배치하였으므로, 전체 설치되는 센서셋(22)의 수가 증가하는 단점이 있었다. 반면에 본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치(100)는 상기 도 4에 도시된 바와 같이 강판(1) 이송 방향에 수직으로 배치할 수 있는 장점이 있으며, 강판(1)의 이송 방향과 수직으로 자력선이 배치되므로, 강판(1)의 길이 방향의 결함을 바로 탐지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 전체 강판(1)의 폭을 모두 감지하는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 탐상 장치(100)를 강판(1) 이송 방향에 수직으로 배치하고, 일부 탐상 장치(100) 사이의 정도를 향상시키기 위하여 이웃하는 탐상 장치(100)가 일부 겹쳐서 탐상할 수 있도록 배치하면 강판(1) 전체의 결함을 정확하게 탐상할 수 있다.

상기와 같은 배치구조는 종래 경사 형태로 배치하는 구성에 비하여 그 수를 줄일 수 있으며, 또한 설치면적을 줄일 수 있는 효과가 있어 유지보수에 매우 유리하다.

이하 본 발명은 다음의 실시예에 의하여 상세히 설명한다.

실시예

먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 전체 16개(채널)의 단위 센서들이 일직선상에 배치된 시험용 센서를 제작하였다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 요크와 코일로 구성된 800가우스의 전자석을 준비하였으며, 또한, 다수의 홀을 형성한 시험용 강판을 도 7과 같이 준비하였다.

상기 전자석을 도 8에 도시된 바와 같이 시험용 센서의 길이 방향으로 배치하고, 시험용 센서와 전자석 사이에 시험용 강판을 배치하고, 강판을 이동시켜 홀이 시험용 센서를 통과하도록 구성하여 시험용 센서의 출력을 확인하였다.

먼저 서험용 강판이 없는 경우에는 도 9와 같은 출력을 얻었다. 여기서 x축은 센서의 채널 번호이며, y축은 각 센서 채널의 출력전압(mV)이다. 채널별로 다른 출력값을 나타내며, 이는 각 센서의 0점이 다른 것에 기인된 것으로 전자석 자력을 인식하는 것으로 확인된다.

다음 결함이 없는 강판을 배치하였을 경우 도 10과 같은 출력을 얻었다. 강판이 존재하는 경우 자력 변화에 따른 신호 변화를 확인할 수 있다.

그리고 전자석의 극성을 변경하였을 경우를 도 11에 도시하였으며, 상기 도 11은 도 10과 반대 방향의 출력값을 나타내어 전자석의 바로 대응되는 결과를 나타낸다.

한편, 10번 채널의 위치에서 홀 결함이 있는 강판을 위치시켰을 경우의 출력을 도 12에 도시하였으며, 이때 결함이 없는 신호와 차이를 도 13에 도시하였다.

상기 도 13에 도시된 바와 같이, 차동값으로 정확히 10번 채널 위치에 결함이 확인된다.

또한, 7번 채널 위치에서 홀 결함이 있는 강판을 위치시켰을 경우의 출력을 도 14에 도시하였으며, 결함이 없는 신호와 차동값을 도 15에 도시하였다.

역시 상기 도 15에 도시된 바와 같이 7번 채널에서 급격한 출력 변화를 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치(100)는 비교적 낮은 자력을 갖는 자석으로도 강판의 결함을 충분히 감지할 수 있음을 확인하였다.

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

1: 강판 10: 자화기
20: 센서모듈 21: 단위 센서
22: 센서셋 30: 자력 센서
50: 신호처리장치 100: 강판 결함 탐상 장치

Claims (7)

1. 이송하는 강판의 결함을 탐상하기 위한 강판 결함 탐상 장치에 있어서,
   상기 강판의 이송 방향에 수직으로 배치되는 센서모듈;
   상기 강판의 표면에 이송 방향의 수직으로 자력선이 형성되도록 상기 센서모듈 끝단에 자극이 형성되게 배치되는 자화기; 및
   상기 센서모듈의 출력신호를 이용하여 상기 강판의 결함을 탐지하는 신호처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 센서모듈은 하나의 단위 센서가 일직선상에 연속적으로 배치되는 센서셋을 포함하며,
   상기 센서셋은 단위센서가 96개 내지 128개로 구성되는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 센서모듈은 하나의 단위 센서가 일직선상에 연속적으로 배치되는 센서셋을 포함하며,
   상기 센서셋의 길이는 200mm 내지 300mm인 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 자화기의 폭은 50mm 내지 700mm이며, 자력의 세기는 500G 내지 2000G인 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 자화기는 비자성체 강판을 추가로 탐상하기 위하여 전자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 자화기는 양끝단에 부착되는 자력 센서를 더 포함하며, 상기 자력 센서는 상기 자화기의 자력을 감지하여 상기 신호처리장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
7. 청구항 3에 있어서, 상기 센서모듈은 복수의 센서셋으로 구성되고, 상기 신호처리장치는 상기 복수의 센서셋의 차동값으로 강판의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   

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