KR20140117985A - 강판 결함 탐상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 코어를 사용 시에는 자화시켜 영구자석으로 사용하고 점검 시에는 탈자화시켜 자력을 제거하여 유지보수를 편리하게 할 수 있는 강판 결함 탐상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이동하는 강판에 자력을 제공하는 자석부, 상기 자석부에 의한 강판의 자력 변화를 감지하여 강판 내부의 결함을 탐지하는 센서를 포함하여 구성되는 강판 결함 탐상 장치에 있어서, 상기 자석부는: 자석 코어; 상기 자석 코어 양단에 각각 부착되어 강판에 자력을 안내하는 자기 가이드; 전기 코일이 다수회 권선되어 상기 자석 코어 외면에 위치하는 권선체; 및 상기 자석 코어의 자화 및 탈자화 시 상기 코일의 양끝단에 연결되어 직류 전원을 공급하는 착자기를 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 유지보수가 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.

한편, 상기 특허에서는 강판에 충분한 자력을 제공해야지만 높은 분해능으로 감지할 수 있으므로, 통상 2000가우스 이상의 영구자석을 적용하여 전체 시스템을 구성한다.

상기와 같이 높은 자력을 갖는 자석은 분해능의 특성에서는 유리하나, 자력을 차단할 수 없어, 사용중 이물질들이 자석에 부착되는 경우가 발생한다.

통상 2000가우스 이상의 영구자석의 경우에는 인력으로 이물질의 제거가 어려워, 실제 유지보수 시에 영구자석 자체를 교체하는 방식으로 정비를 하는 것이 일반적이다.

또한 높은 자력에 의하여 소재와 센서와 충돌이 발생하여 센서의 파손이 종종 발생하는 단점이 있다.

상기와 같은 영구자석의 단점을 극복하기 위하여 전자석을 사용하는 방법도 제시되어 있다.

전자석은 자체 전원 공급을 중단하는 경우 부착된 이물질의 제거에는 유리하나, 3000가우스 이상의 자력을 발생시키기 위해서는 많은 권선 회수와 높은 전류 소모로 인하여 크기가 대형화되어 설치에 불리하며, 또한 발열이 발생하여 설치 및 유지에 다소의 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 영구자석 코어를 사용 시에는 자화시켜 영구자석으로 사용하고 점검 시에는 탈자화시켜 자력을 제거하여 유지보수를 편리하게 할 수 있는 강판 결함 탐상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이동하는 강판에 자력을 제공하는 자석부, 상기 자석부에 의한 강판의 자력 변화를 감지하여 강판 내부의 결함을 탐지하는 센서를 포함하여 구성되는 강판 결함 탐상 장치에 있어서, 상기 자석부는: 자석 코어; 상기 자석 코어 양단에 각각 부착되어 강판에 자력을 안내하는 자기 가이드; 전기 코일이 다수회 권선되어 상기 자석 코어 외면에 위치하는 권선체; 및 상기 자석 코어의 자화 및 탈자화 시 상기 코일의 양끝단에 연결되어 직류 전원을 공급하는 착자기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자석 코어의 재질은 네오디움(ND), 패라이트(산화철) 및 ALNICO 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 착자기에서 상기 권선체로 공급하는 전력은 9~12kW이며, 전력 공급 시간은 1msec 내지 10msec이며, 상기의 전력량과 시간을 수회 반복하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 착자기는 자석 코어를 탈자화하는 경우에는 자화 시의 전극과 반대의 극성으로 상기 권선체에 연결되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 자석 코어의 일단에는 자력 센서가 부착되고, 상기 자력 센서의 출력은 제어장치로 입력되며, 상기 제어장치는 상기 자력 센서의 출력값을 기초로 상기 착자기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자기 가이드는 전기 강판, 순수 철 또는 뮤메탈로 이루어지며, 다수의 판이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치는 영구자석 코어에 코일을 권선하여 탐상 용도로 사용 시에는 착자기를 이용하여 코어를 영구자석으로 구성하고, 점검 시에는 착자기를 반대 전극으로 통전하여 코어를 탈자화시켜 자력을 제공하는 구성을 그 특징으로 하므로, 높은 자력에 기인한 유지보수의 불편함을 제거할 수 있는 장점이 있으며, 또한 필요에 따라 자력의 세기를 달리 설정할 수 있어 강판의 자기적 특성에 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강판 결함 탐상 장치의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 자석부의 구성을 나타내는 구성도이다.

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, 길이 방향으로 이송하는 강판(1), 상기 강판(1)에 자력을 제공하는 자석부(10), 상기 자석부(10) 사이에 위치하여 강판(1)의 자력 변화를 감지하여 강판(1)의 결함을 탐지하는 센서(80)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 센서(80)는 다수의 단위 자기센서가 연속하여 배치되는 구성으로 종래 구성과 동일하며, 또한 상기 자기센서의 출력신호를 기초로 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치를 포함하는 구성이며, 역시 종래 구성과 동일하다.

상기 단위 자기센서는 예를 들면, GMR 센서, MR 센서 또는 홀 센서를 적용할 수 있으며, 또한 자기를 감지할 수 있는 다른 센서들도 적용 가능하다.

본 발명에 따른 탐상 장치(100)는 자석부(10)에 특징이 있으며, 상기 자석부(10)는 도 2에 도시된 바와 같은 구성으로 이루어진다.

상기 자석부(10)는 자석 코어(20), 상기 자석 코어(20)에 권선되는 권선체(30), 상기 자석 코어(10)의 측면에 결합하는 자기 가이드(40), 상기 자석 코어(20)에 부착되는 자기 센서(50)를 포함하여 구성되고, 또한, 상기 자석 코어(20)를 영구자석으로 또는 영구자석에서 일반 자성체로 변환시키는 착자기(60)와 상기 자기 센서(50)를 신호를 기초로 상기 착자기(60)의 작동을 제어하는 제어장치(70)를 포함하여 구성된다.

상기 자석 코어(20)는 원통 형상으로 구현할 수 있으나, 적어도 상기 센서(80)의 길이(단위 센서들이 연속하여 배치되며, 도 1에 도시된 센서(80)는 단면이므로, 깊이의 정도를 의미한다)보다 크게 형성되어야 하므로, 사각형의 단면으로 구성되는 것이 바람직하나, 상기 센서(80)의 길이보다 크게 형성할 수 있으면 어떠한 형태도 무방하다.

상기 자석 코어(20) 외면에는 코일이 권선된 권선체(30)가 결합하며, 상기 권선체(30)는 상기 자석 코어(20)와 직접 접촉하지 않으며, 필요한 경우 권선체(30)와 자석 사이에는 절연체가 위치할 수 있다.

상기 권선체(30)는 상기 자석 코어(20)의 양끝단이 N, S극이 되도록 코일을 권선하여 구성한다.

한편, 상기 자석 코어(20)는 상기 권선체(30)에 강한 직류 전류가 흐르는 경우 자화되고, 그리고 반대 극성의 전류를 다시 공급하는 경우 탈자화된다.

따라서, 자화 및 탈자화가 반복적으로 수행되더라도 특성 변화가 낮은 재질을 선정하는 것이 바람직하다.

상기 자석 코어(20)의 재질은 일반적인 영구자석에 사용되는 재질을 바로 사용할 수 있다. 예를 들면, 네오디움(ND), 패라이트(산화철) 또는 ALNICO(알루미늄, 코발트, 니켈의 합금)를 들 수 있으며, 이들 중, 반복 자화 및 탈자화 시 가장 특성이 우수한 ALNICO가 가장 바람직하다.

상기 자석 코어(20)의 양끝단에는 상기 자석 코어(20)의 자력을 강판(1)으로 안내하는 자기 가이드(40)가 각각 부착된다.

상기 자기 가이드(40)는 상기 자석 코어(20)의 자력을 전달하는 역할을 하므로, 전체 자석부(10)가 "ㄷ"자 형상이 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 자기 가이드(40)는 전기 강판, 순수 철 또는 뮤메탈 등의 강자성체로 구성되는 것이 바람직하며, 다수의 판을 적층하여 형성하는 것이 자력의 전달에 유리하다.

특히 상기 자기 가이드(40) 중 상기 강판(1)에 가장 인접하는 끝단은 좁은 폭으로 형성하여 강판(1)에 자력이 집중되도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 자석 코어(20)의 끝단에는 자기 센서(50)가 부착되어 상기 자석 코어(20)의 자력을 감지하여 후술하는 제어장치(70)로 신호를 출력한다.

한편, 상기 권선체(30)의 코일 끝단은 착자기(60)의 출력단과 연결되어 필요에 따라 직류 전류를 공급한다.

물론 상기 권선체(30)의 코일 끝단과 착자기(60)의 출력단은 필요한 경우에만 연결되고, 통상의 탐상 수행 중에는 분리될 수도 있다.

상기 착자기(60)는 제어장치(70)에 의하여 그 동작이 제어되며, 상기 제어장치(70)는 또한 상기 자기 센서(50)의 신호에 따라 상기 착자기(60)를 작동시킨다.

상기 착지기(60)는 상기 자석 코어(20)를 자화 또는 탈자화시키는 역할을 하면, 상기한 바와 같이 자화 또는 탈자화 시에만 상기 권선체(30)와 연결되게 구성할 수 있다.

상기 착자기(60)를 통한 상기 자석 코어(20)의 자화는 순간적으로 높은 전류를 상기 권선체(30)에 공급하는 것으로 수행된다.

일반적인 강판 탐상장치에 사용되는 영구자석은 통상 2000가우스 이상의 자력을 갖는 것을 사용하며, 상기 탐상장치에 사용되는 영구자석 용도인 2000가우스의 자력을 갖는 자석 코어(20)를 생성하기 위해서는 9~12kW의 직류 전력을 1msec 내지 10msec를 상기 착자기(60)에서 상기 권선체(30)로 공급하여야 한다.

상기 전력이 9kW 미만인 경우에는 2000가우스의 자력이 생성되지 않으며, 12kW를 초과하는 경우에는 자석 코어(20)가 포화되어 차이가 없다.

또한, 전력 공급 시간은 상기와 같은 범위로 공급하되, 생성된 자력이 요구 자력보다 낮은 경우에는 동일 전력을 동일 시간 동안 반복적으로 공급하여 요구 자력에 도달하도록 제어된다.

한편, 상기 자석 코어(20)의 탈자화는 상기 자화시와 동일한 전력 조건에 극성을 반대로 하여 동일한 시간 동안 전력을 공급하여 수행하며, 필요한 경우 동일한 조건으로 반복하여 수행할 수 있다.

상기와 같이, 자석 코어(20)의 자화 및 탈자화는 착자기(60)의 작동을 제어장치(70)가 조절하며, 또한 상기 자기 센서(50)의 자기 정보를 이용하여 상기 제어장치(70)는 상기 착자기(60)의 작동을 반복적으로 제어할 수도 있다.

상기와 같은 본원 발명은 자화과정을 거쳐 특정 자력 세기로 자석 코어(20)를 자화시킨 후 사용하다 다른 종류의 강판(1)이 해당 라인에서 생산되는 경우에도 상기 자석 코어(20)를 탈자화하고 다시 자화하여 다른 세기로 설정할 수 있으므로, 자기적 특성이 다른 강판(1)이 동일한 라인에서 생산되는 경우에도 충분히 대응할 수 있는 장점이 있다.

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: 자석부
20: 자석 코어 30: 권선체
40: 자기 가이드 50: 자기 센서
60: 착자기 70: 제어장치
80: 센서 100: 탐상 장치

Claims (6)

1. 이동하는 강판에 자력을 제공하는 자석부, 상기 자석부에 의한 강판의 자력 변화를 감지하여 강판 내부의 결함을 탐지하는 센서를 포함하여 구성되는 강판 결함 탐상 장치에 있어서,
   상기 자석부는:
   자석 코어;
   상기 자석 코어 양단에 각각 부착되어 강판에 자력을 안내하는 자기 가이드;
   전기 코일이 다수회 권선되어 상기 자석 코어 외면에 위치하는 권선체; 및
   상기 자석 코어의 자화 및 탈자화 시 상기 코일의 양끝단에 연결되어 직류 전원을 공급하는 착자기를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 자석 코어의 재질은 네오디움(ND), 패라이트(산화철) 및 ALNICO 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 착자기에서 상기 권선체로 공급하는 전력은 9~12kW이며, 전력 공급 시간은 1msec 내지 10msec이며, 상기의 전력량과 시간을 수회 반복하는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 착자기는 자석 코어를 탈자화하는 경우에는 자화 시의 전극과 반대의 극성으로 상기 권선체에 연결되는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 자석 코어의 일단에는 자력 센서가 부착되고, 상기 자력 센서의 출력은 제어장치로 입력되며, 상기 제어장치는 상기 자력 센서의 출력값을 기초로 상기 착자기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 자기 가이드는 전기 강판, 순수 철 또는 뮤메탈로 이루어지며, 다수의 판이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 강판 결함 탐상 장치.
   

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