KR20160077424A - 강철 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20160077424A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 강철 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 강철을 통과하는 자기장을 출력하는 자기장 출력부; 강철을 통과하는 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및 측정된 자기장에 기초하여 강철의 특성을 분석하는 강철 분석부; 를 포함함으로써, 강철의 다양한 형상이나 진동에도 안정적으로 강철을 측정할 수 있다.

Description

강철 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING STEEL}
본 발명은 강철 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고품질 강철의 생산을 위해 강철의 재질이 측정될 필요가 있다. 예를 들어 강철의 생산 과정에서, 강철로 만들어진 강판(steel plate)의 이동 중에 강판의 재질이 측정될 수 있다.
강판의 재질은 인장강도, 항복강도 등이 있으며, 강판의 핵심 품질 조건중의 하나로서 생산 중에 중요하게 관리되고 있다.
강판의 재질을 측정하는 방법으로, 인장시험을 통하여 재질을 측정하는 방법이 이용될 수 있다. 그러나 상기 방법은 파괴적인 방법이므로, 강판의 다양한 형상이나 진동에도 안정된 측정값을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는, 강철 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 장치는, 강철을 통과하는 자기장을 출력하는 자기장 출력부; 강철을 통과하는 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및 측정된 자기장에 기초하여 강철의 특성을 분석하는 강철 분석부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 출력부는, 강철을 전선으로 둘러싸고 정현파 전류가 흐르는 제1코일; 정현파 전류를 생성하는 오실레이터; 및 생성된 전류를 증폭하고, 증폭된 전류를 제1코일 및 강철 분석부로 출력하는 증폭단; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 측정부는, 강철을 전선으로 둘러싸는 제2코일; 및 제2코일에 걸리는 전압을 측정하고, 측정된 전압을 강철 분석부로 출력하는 전압 측정부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 강철 분석부는, 측정된 자기장의 자속밀도 또는 측정된 자기장에 의해 유도된 전압이 기 설정된 값이 될 때의 자기장 출력부에서 출력되는 자기장의 자계 세기 또는 제1코일에 흐르는 전류를 기초로 상기 강철의 특성을 분석할 수 있다.
한편, 상기 강철 측정 장치는, 강철 분석부에서의 분석 결과를 온라인 또는 통신 장치를 통해 외부로 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 방법은, 강철이 제1코일을 통과할 때, 강철을 통과하는 자기장을 출력하는 자기장 출력단계; 강철이 제2코일을 통과할 때, 강철을 통과하는 자기장을 측정하는 자기장 측정단계; 및 측정된 자기장에 기초하여 강철의 특성을 분석하는 강철 분석단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 강철 측정 장치는, 강철의 다양한 형상이나 진동에도 안정적으로 강철을 측정할 수 있다.
또한, 상기 강철 측정 장치는 현장 적용성과 정비성이 있으며, 온라인으로 안정적인 강판측정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 강철 측정 장치에서 자기장의 출력 및 측정을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 강철 측정 장치의 일 측면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 강철 측정 장치에 포함된 강철 분석부의 분석 원리를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 강철 측정 장치(100)에 의해 측정된 다수의 강판(200)의 보자력과 인장강도에 대한 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
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 실시예에 따른 강철 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 장치(100)는, 자기장 출력부(110), 자기장 측정부(120) 및 강철 분석부(130)를 포함할 수 있다.
자기장 출력부(110)는, 강철을 통과하는 자기장(magnetic field)을 출력할 수 있다. 여기서, 강철은 강판(steel plate)일 수 있고, 강판의 특정 부위에서 채취된 시편일 수도 있다. 예를 들어, 시편 채취 부위는 강판 스트립의 선단 혹은 후단 부위일 수 있다.
상기 자기장 출력부(110)에서 출력되는 자기장은 전선에 전류가 흐름으로써 발생되는 자기장일 수 있고, 자성 물질에서 발생되는 자기장일 수 있다.
예를 들어, 상기 자기장 출력부(110)는 주기적으로 자계 세기(magnetic field intensity, H)가 변하는 자기장을 출력할 수 있다.
이를 위해, 상기 자기장 출력부(110)는 제1코일(111), 오실레이터(112) 및 증폭단(113)을 포함할 수 있다.
제1코일(111)은, 상기 강철을 전선으로 둘러싸고 정현파 전류가 흐를 수 있다. 상기 제1코일(111)에 주기적으로 값이 변하는 전류가 흐름으로써, 상기 제1코일(111)은 주기적으로 자계 세기가 변하는 자기장을 출력할 수 있다.
오실레이터(112)는, 상기 제1코일(111)에 흐르는 정현파 전류를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 오실레이터(112)는 기 설정된 주파수의 정현파 전류를 생성하는 발진기일 수 있다.
증폭단(113)은, 상기 오실레이터(112)에서 생성된 전류를 증폭하고, 증폭된 전류를 상기 제1코일(111) 및 강철 분석부(130)로 출력할 수 있다. 예를 들어 강철의 크기가 클수록, 상기 자기장 출력부(110)는 더 큰 자기장을 출력할 수 있다. 따라서, 상기 증폭단(113)은 상기 강철의 크기에 따라 다른 이득(gain)으로 전류를 증폭할 수 있다.
또한, 상기 증폭단(113)에서 출력된 전류가 상기 제1코일(111) 및 강철 분석부(130)로 출력됨으로써, 강철 분석부(130)는 상기 제1코일(111)에 흐르는 전류를 강철의 분석에 이용할 수 있다.
자기장 측정부(120)는, 강철을 통과하는 자기장을 측정할 수 있다. 예를 들어, 강철을 통과하는 자기장이 주기적으로 자계 세기가 변하는 자기장일 경우, 상기 자기장 측정부(120)는 일정 시간 간격으로 자기장을 측정할 수 있다.
또한, 상기 자기장 측정부(120)는 자속밀도(flux density, B)를 측정할 수 있다.
이를 위해, 상기 자기장 측정부(120)는 제2코일(121) 및 전압 측정부(122)를 포함할 수 있다.
제2코일(121)은, 상기 강철을 전선으로 둘러싸고 전압이 유도될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2코일(121)에 자기장이 통과할 경우, 상기 제2코일(121)은 유도 기전력에 의해 전압이 유도될 수 있다.
전압 측정부(122)는, 상기 제2코일(121)에 걸리는 전압을 측정하고, 측정된 전압을 강철 분석부(130)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 전압 측정부(122)에서 측정된 전압이 강철 분석부(130)로 출력됨으로써, 강철 분석부(130)는 상기 제2코일(121)에 걸리는 전압 및 제1코일(111)에 흐르는 전류를 강철의 분석에 모두 이용할 수 있다.
강철 분석부(130)는, 자기장 측정부(120)에 의해 측정된 자기장에 기초하여 강철의 특성을 분석할 수 있다. 여기서, 강철의 특성은 자기장의 통과를 통해 측정될 수 있는 모든 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 강철의 특성은 인장강도(tensile strength), 항복강도(yield strength) 및 연신율(elongation) 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 강철 분석부(130)는 자기장 측정부(120)에서 측정된 자속밀도가 기 설정된 값이 될 때의 자기장 출력부(110)에서 출력되는 자기장의 자계 세기를 기초로 강철의 특성을 분석할 수 있다.
예를 들어, 상기 강철 분석부(130)는 자기장 측정부(120)에서 측정된 자속밀도가 0이 될 때의 제1코일(111)에 흐르는 전류가 클수록 강철의 강도가 좋다고 분석할 수 있다.
또한, 상기 강철 분석부(130)는 전압 측정부(122)에서 측정된 전압의 변화율이 기 설정된 값이 될 때의 제1코일(111)에 흐르는 전류를 기초로 상기 강철의 특성을 분석할 수 있다.
상기 강철 분석부(130)의 분석에 대한 구체적인 내용은 도 4를 참조하여 후술된다.
한편, 상기 강철 측정 장치(100)는 강철 분석부(130)에서의 분석 결과를 온라인 또는 통신 장치를 통해 외부로 전송하는 전송부(140)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 전송부(140)가 강철의 강도가 약하다는 분석 결과를 전송한 경우, 강철 생산공정의 관리자는 생산공정의 설정을 변경하여 상기 강철의 강도를 강화시킬 수 있다. 즉, 상기 전송부(140)의 분석 결과 전송에 의해 강철 생산공정은 피드백(feedback)으로 제어될 수 있다.
도 2는 도 1의 강철 측정 장치(100)에서 자기장의 출력 및 측정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 강철은 x축으로 이동하는 강판(200)일 수 있다. 제1코일(111) 및 제2코일(121)은 yz평면을 기준으로 상기 강판(200)을 둘러쌀 수 있다.
예를 들어, 제1코일(111)에는 yz평면의 원을 통해 전류가 흐를 수 있다. 상기 전류에 의해 강판(200)을 x축 방향으로 통과하는 자기장이 형성될 수 있다. x축 방향으로 통과하는 자기장은 제2코일(121)에 전압을 유도할 수 있다.
도 3은 도 2의 강철 측정 장치(100)의 일 측면을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1코일(111)은 강판(200)이 상기 제1코일(111) 및 제2코일(121)을 통과할 때 상기 강판(200)을 통과하는 자기장을 출력할 수 있다.
여기서, 상기 제1코일(111) 및 제2코일(121)은 솔레노이드 형태일 수 있다. 이상적인 솔레노이드는 아래의 수학식 1에 따라 자기장이 형성될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, N은 코일의 권선 수이고, i는 전류이고, H는 자계 세기이고, l은 yz평면의 원의 둘레이다. 즉, 강판(200)에는 x축 방향으로 자속(Φ)이 형성될 수 있다.
강판(200)에서 x축 방향으로 형성된 자속(Φ)과 강판(200)을 통과하는 자기장의 자속밀도(B)는 아래의 수학식 2와 같은 관계를 가진다.
Figure pat00002
여기서, A는 강판의 단면적이다.
매질의 자기적 특성이 반영될 경우, 자계 세기와 자속밀도(B) 사이에는 아래의 수학식 3과 같은 관계가 성립한다.
Figure pat00003
여기서, μ는 매질의 투자율(permeability)이다. 강판(200)의 투자율은 강판(200)의 재질에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 강철 분석부(130)는 강판(200)을 통과하는 자기장을 이용하여 강판(200)의 투자율을 계산하여 강판(200)을 분석할 수 있다.
도 4는 도 1의 강철 측정 장치(100)에 포함된 강철 분석부(130)의 분석 원리를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 강철에 큰 세기의 자기장이 흐를 경우, 강철은 자기이력(Hysteresis) 특성에 의한 B-H 관계 곡선을 가질 수 있다. 이 곡선은 자기이력곡선(Magnetic Hysteresis Curve)일 수 있다.
이상적인 경우, 자속밀도는 수학식 3에 따라 자계 세기에 비례할 수 있다. 그러나 강판(200)의 투자율이 높고 강판(200)을 통과하는 자기장의 세기가 클 경우, 강판(200)에 자기포화 현상이 발생될 수 있다. 즉, 강판(200)을 통과하는 자기장의 세기(H)가 작을 경우 자속밀도(B)는 자기장의 세기(H)에 비례할 수 있고, 강판(200)을 통과하는 자기장의 세기(H)가 클 경우 자속밀도(B)는 포화될 수 있다.
전압 측정부(122)는 강판을 통과하는 자기장에 의해 유도된 전압을 측정할 수 있다. 유도된 전압의 크기는 아래의 수학식 4에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00004
여기서, n은 제2코일의 권선 수이고, v는 측정된 전압이며, t는 시간이다.
예를 들어, 강철 분석부(130)는 제1코일(111)에 흐르는 정현파 전류(i)와 제2코일(121)에서 측정된 강판(200)의 자속밀도(B)에 의한 전압(v)로부터 강판(200)의 보자력(Hc)을 측정할 수 있다. 즉, 강철 분석부(130)는 전술한 수학식 1 내지 수학식 4를 이용하여 보자력(Hc)을 측정할 수 있다.
여기서, 보자력(HC)은 자속밀도가 0일 때의 자계 세기를 의미한다. 강판(200)의 보자력(HC)을 통해 강판(200)의 재질이 분석될 수 있다. 예를 들어, 상기 강철 분석부(130)는 강판(200)의 보자력(Hc)이 클수록 강판(200)의 강도가 강하다고 분석할 수 있다.
강판(200)의 자기적 특성 중에서 보자력(HC)의 크기는 아래 수학식 5와 같이 강판 내부의 평균 입경(D)에 반비례하고, 전위밀도(N)의 제곱근에 비례할 수 있다.
Figure pat00005
여기서, HC는 보자력이고, N은 전위밀도이고, D는 평균입경이다.
강판(200)의 재질은 강판의 yz평면의 평균 입경(D)이 작을수록 강도가 커질 수 있고, 전위밀도(N)가 클수록 강도가 커질 수 있다. 따라서, 보자력(HC)은 강판(200)의 강도에 거의 비례할 수 있다.
도 5는 도 1의 강철 측정 장치(100)에 의해 측정된 다수의 강판(200)의 보자력과 인장강도에 대한 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 강철 측정 장치(100)에 의해 측정된 강판(200)의 보자력 및 측정된 강판(200)의 인장강도가 점으로 표현된다. 즉, 아래의 점에 해당되는 강판보다 위의 점에 해당되는 강판이 더 높은 강도의 강판이다. 여기서, 위의 점에 해당되는 강판이 아래의 점에 해당되는 강판보다 더 오른쪽에 치우쳐져서 위치한다. 따라서, 강철 측정 장치(100)가 강판의 보자력(HC)을 측정함으로써, 강판의 인장강도를 측정할 수 있다.
예를 들어, 강판의 보자력(HC)에 대한 인장시험의 인장강도 관계식은 강판의 종류별로 선형 관계식이 될 수 있다. 이처럼, 강판(200)의 항복강도, 연신율 등의 재질값들도 유사한 방법으로 측정될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 방법을 설명한다. 상기 강철 측정 방법은 도 1을 참조하여 상술한 강철 측정 장치(100)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강철 측정 방법은, 자기장 출력단계(S10), 자기장 측정단계(S20), 강철 분석단계(S30) 및 전송단계(S40)를 포함할 수 있다.
자기장 출력단계(S10)에서의 강철 측정 장치는, 강철이 제1코일을 통과할 때, 강철을 통과하는 자기장을 출력할 수 있다.
자기장 측정단계(S20) 에서의 강철 측정 장치는, 상기 강철이 제2코일을 통과할 때, 상기 강철을 통과하는 자기장을 측정할 수 있다.
강철 분석단계(S30) 에서의 강철 측정 장치는, 상기 자기장 측정단계(S20)에 의해 측정된 자기장에 기초하여 상기 강철의 특성을 분석할 수 있다.
전송단계(S40)에서의 강철 측정 장치는, 상기 강철 분석단계(S30)에서의 분석 결과를 온라인 또는 통신 장치를 통해 외부로 전송할 수 있다.
이에 따라 상기 강철 측정 방법은, 강철의 다양한 형상이나 진동에도 안정적으로 강철을 측정할 수 있다. 또한, 상기 강철 측정 방법은 현장 적용성과 정비성이 있으며, 온라인으로 안정적인 강판측정을 수행할 수 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: 강철 측정 장치 110: 자기장 출력부
111: 제1코일 112: 오실레이터
113: 증폭단 120: 자기장 측정부
121: 제2코일 122: 전압 측정부
130: 강철 분석부 140: 전송부
200: 강철
S10: 자기장 출력단계 S20: 자기장 측정단계
S30: 강철 분석단계 S40: 전송단계

Claims (12)

  1. 강철을 통과하는 자기장을 출력하는 자기장 출력부;
    상기 강철을 통과하는 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및
    상기 자기장 측정부에 의해 측정된 자기장에 기초하여 상기 강철의 특성을 분석하는 강철 분석부; 를 포함하는 강철 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 출력부는 상기 강철을 전선으로 둘러싸는 제1코일을 포함하고,
    상기 자기장 측정부는 상기 강철을 전선으로 둘러싸는 제2코일을 포함하고,
    상기 자기장 측정부는 상기 강철이 상기 제1코일 및 제2코일을 통과할 때 상기 강철을 통과하는 자기장을 측정하는 강철 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기장 출력부는,
    상기 강철을 전선으로 둘러싸는 제1코일;
    상기 제1코일에 흐르는 정현파 전류를 생성하는 오실레이터; 및
    상기 오실레이터에서 생성된 전류를 증폭하고, 증폭된 전류를 상기 제1코일 및 상기 강철 분석부로 출력하는 증폭단; 을 포함하는 강철 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자기장 측정부는,
    상기 강철을 전선으로 둘러싸는 제2코일; 및
    상기 제2코일에 걸리는 전압을 측정하고, 측정된 전압을 상기 강철 분석부로 출력하는 전압 측정부; 를 포함하는 강철 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 출력부는 주기적으로 자계 세기(magnetic field intensity)가 변하는 자기장을 출력하고,
    상기 자기장 측정부는 자속밀도(flux density)를 측정하는 강철 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강철 분석부는 상기 강철의 자기이력(Hysteresis) 특성을 이용하여 상기 강철의 특성을 분석하는 강철 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 강철 분석부는 상기 강철의 인장강도(tensile strength), 항복강도(yield strength) 및 연신율(elongation) 중 적어도 하나를 분석하는 강철 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 강철 분석부에서의 분석 결과를 온라인 또는 통신 장치를 통해 외부로 전송하는 전송부를 더 포함하는 강철 측정 장치.
  9. 강철이 제1코일을 통과할 때, 강철을 통과하는 자기장을 출력하는 자기장 출력단계;
    상기 강철이 제2코일을 통과할 때, 상기 강철을 통과하는 자기장을 측정하는 자기장 측정단계; 및
    상기 자기장 측정단계에 의해 측정된 자기장에 기초하여 상기 강철의 특성을 분석하는 강철 분석단계; 를 포함하는 강철 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자기장 출력단계는 정현파 전류가 상기 제1코일에 흐르게 하여 자기장을 출력하고,
    상기 자기장 측정단계는 상기 제2코일에 걸리는 전압을 측정하고,
    상기 강철 분석단계는 상기 자기장 측정단계에서 측정된 전압의 변화율이 기 설정된 값이 될 때 상기 제1코일에 흐르는 전류를 기초로 상기 강철의 특성을 분석하는 강철 측정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자기장 출력단계는 주기적으로 자계 세기(magnetic field intensity)가 변하는 자기장을 출력하고,
    상기 자기장 측정단계는 자속밀도(flux density)를 측정하고,
    상기 강철 분석단계는 상기 자기장 측정단계에서 측정된 자속밀도가 기 설정된 값이 될 때 상기 자기장 출력단계에서 출력되는 자기장의 자계 세기를 기초로 상기 강철의 특성을 분석하는 강철 측정 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 강철 분석단계에서의 분석 결과를 온라인 또는 통신 장치를 통해 외부로 전송하는 전송단계를 더 포함하고,
    상기 강철 분석단계는 상기 강철의 인장강도, 항복강도 및 연신율 중 적어도 하나를 분석하는 강철 측정 방법.
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