KR20180111771A - 재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법 및 디바이스, 및 그 디바이스의 용도 - Google Patents

재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법 및 디바이스, 및 그 디바이스의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한, 특히 워크피스의 재료 체적의 자기적, 기계적, 열적 및/또는 전기적 여기 하에서 상기 워크피스의 특성을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로, 재료 체적의 자기장은 고주파수 해상도로의 시간 및 주파수의 함수로서 센싱된다.

Description

재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법 및 디바이스, 및 그 디바이스의 용도
본 발명은 청구범위 제1항, 제10항 또는 제13항의 전문에 따른 재료 체적(material volume)의 자기장을 관찰하기 위한 방법 및 디바이스 뿐 아니라 디바이스의 용도에 관한 것이다.
워크피스의 특성을 결정하기 위해 재료 체적의 자기장을 관찰하기 위해 인덕턴스 또는 홀 센서 등이 사용된다. 이 경우에, 자기 여기에 응답하는 자기장의 시간 변화(time variation)가 기록된다. 워크피스의 특성에 관한 판단은 최종 자기장의 시간 변화로부터 도출될 수 있다.
종래 기술로부터 알려진 방법 및 디바이스는 시간의 함수로서 매크로마그네틱 효과에 초점을 둔다.
예를 들어, US 4634976 A로부터 알려진 바와 같이 바크하우젠 잡음(Barkhausen noise)을 평가함으로써 워크피스의 자기 여기에 의한 재료 결함을 식별하는 것이다. 비슷한 종래 기술은 US 4977373 A 및 US 20130276546 A1으로부터 알려져 있다.
공지된 방법에서 매크로마그네틱 효과 및 진폭-시간 범위에서의 평가만이 기록된다.
모든 공지된 방법 및 디바이스는 워크피스만이 부적절하게 평가될 수 있다는 단점을 가진다.
이러한 단점에서 시작하여, 본 발명의 목적은 더 정밀하게는 청구범위 제1항, 제10항 또는 제13항의 전문에 따른, 재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법및 디바이스 및 그 디바이스의 용도를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위 제1항, 제10항 또는 제13항의 특징에 따라 해결된다.
따라서, 특히 워크피스의 재료 체적의 자기, 기계, 열 및/또는 전기 여기 하에서 워크피스의 특성을 결정하기 위해, 재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법이 제공되는데, 여기서 재료 체적의 자기장은 고주파수 해상도로의 시간 및 주파수의 함수로서 기록된다. 시간 및/또는 주파수 축에서의 고주파수 해상도의 결과로서, 재료 특성에 관한 더 정밀한 정성적 판단(qualitative conclusion)을 가능하게 하는 마이크로마그네틱 효과의 정밀한 기록이 가능하다.
바람직하게는 여기에 대한 마이크로마그네틱 응답이 기록된다.
더욱이, 여기에 대한 응답 속도가 기록될 수 있다.
여기(excitation)의 주파수 및/또는 시간 해상도 및/또는 기록은 바람직하게는 재료 체적에서의 마이크로마그네틱 효과에 따라 선택된다.
자기 및/또는 전기 교번 자장 및/또는 정적 자장 및/또는 와상 전류 유도 및/또는 가능하게는 고주파 경화와 같은 재료 처리 및/또는 교류 또는 직류의 인가 및/또는 교류 및/또는 직류 전압의 인가에 의해 여기가 수행될 수 있다.
재료는 여기 및/또는 기록 동안 센서에 대한 고정 위치에 있을 수 있거나 재료는 센서 및/또는 여기 디바이스에 대해 이동될 수 있다.
여기 소스의 주파수는 변화할 수 있는데, 특히 주파수 범위에 퍼져있을 수 있다.
복수의 여기 디바이스 및/또는 복수의 자기장 센서가 사용될 수 있다.
본 발명은 재료 체적의 자기장을 관찰하기 위해, 특히 워크피스의 재료 체적의 자기적, 기계적, 열적 및/또는 전기적 여기 하에서의 워크피스의 특성을 결정하기 위한 디바이스를 더 제공하는데, 고주파수 해상도로의 시간 및 주파수의 함수로서 재료 체적의 자기장을 기록하기 위한 센서가 제공된다.
바람직하게는 워크피스의 재료 체적의 전기 및/또는 자기 여기를 위한 여기 디바이스가 제공된다.
본 발명은:
- 페라이트 재료(ferritic material)에서의 크랙(crack)의 검출
- 페라이트 재료에서의 블로홀(blowhole) 또는 이물질(foreign material) 포함의 검출
- 페라이트 재료의 냉각 동안의 결정 형성(crystal formation)의 평가
- 컴포넌트(component)의 자화 맵(magnetization map)의 적용
- 품질의 평가를 위한 샘플 컴포넌트의 자화 맵과 다른 컴포넌트와의 비교
- 재료에서의 경도 결함(hardness defect) 또는 경도 변경의 검출
- 페라이트 재료에 관한 경화 깊이 및 경화 변화도(gradient)의 검출
- 철 및 다른 페라이트 재료에서의 입도(grain) 또는 결정 구조의 검출
- 개개의 바이스 도메인(Weiss domain)의 균일한 재배향 시퀀스 (reorientation sequence)에 대해 시간 프로파일(time profile)에서 최적화되는 자기 교번 자장에 의한 페라이트 재료의 자화의 발생
- 모든 결정 영역(crystallites)이 외부 자기장의 동일한 변화도를 겪도록 재료를 지나간 정적 자기장에 통과시킴에 의한 자화의 발생
- 기록을 위한 더 느린 높은 시간 해상도 측정을 이용한 페라이트 재료 자화의 빠른 측정의 보정(calibration)
- 단일 자화 이후의 재료 체적의 자화 행동(magnetization behaviour)의 설명
- 단일 자화 이후의 재료 체적의 기계적 특성의 설명
- 전체 체적에서의 자기 포화에 도달하지 않은 재료 체적의 자화 행동의 설명
- 개개의 결정 영역의 자화 특성에 의한 페라이트 재료의 합금 컴포넌트의 결정
- 재료 체적에 위치된 모든 바이스 도메인의 자화 특성의 분석에 대한 단시간 FFT 및 일시적 평가의 조합의 적용
- 외부 자기장에서의 크기 및 위치에 따라 정렬된 특정 그룹으로 조합되는 재료 체적에 위치된 모든 바이스 도메인의 자화 특성의 분석에 대한 단시간 FFT 및 일시적 평가의 조합의 적용
- 재료 구역(region) 또는 컴포넌트의 자화 맵을 발생시키기 위한 단시간 FFT 및 일시적 평가의 조합의 적용을 제공하고, 그에 관련되고 및/또는 더 가능하게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 자기 여기 이후의 일시적 자기장 행동의 기록을 도시한다.
도 2는 주파수-시간도에서 본 발명에 따른 자기장 행동의 다차원 기록을 도시한다.
도 3은 주파수, 시간 및 진폭 행동을 이용한 도 2로부터의 주된 방출을 도시한다.
도 4는 시간 축상의 추정을 이용한 도 3으로부터의 주된 방출을 도시한다.
도 5는 주파수 축상의 추정을 이용한 도 3으로부터의 주된 방출을 도시한다.
도 6 내지 도 9는 추가적인 실시예를 도시한다.
자기장의 분석
자기장의 변동(fluctuation)이 분석된다.
적합한 센서, 인덕턴스, 홀 센서 등을 사용하여 자기장이 측정된다. 센서의 주파수 대역폭은 가능한 한 높아야 한다. 1 MHz, 3 MHz, 50 MHz, 100 MHz, 1 GHz, 10 GHz까지의 주파수가 바람직하다. 상한 주파수(upper limiting frequency)는 정성적 해상도와 상관관계가 있는데, 즉 제한 주파수가 높을수록, 기록될 수 있는 자기 구조가 더 작다. GHz 범위에서 개개의 다이폴(dipole)의 자기장의 변화가 기록될 수 있다. 이러한 관점에서 상한 주파수와 재료의 결정 구조 사이의 상관관계가 존재한다.
측정 신호는 바람직하게는 광대역 주파수 의존성이 아무때나 그리고 또한 시간 시퀀스로 설명될 수 있도록 많은 단시간 FFT의 대상이 된다.
일시적 그리고 정량성 자기장 변화를 상세하게 설명하는 추가적인 변환이 실현가능하다. 펄스 분석을 위한 알고리즘은 요청 정보를 발생시킨다.
편의상 일 측정 당 약 6천4백만의 측정 값이 평가된다. 그러나 10배 이상 더 많은 데이터 세트가 또한 관련될 수 있다.
철계 재료(ferrous material)의 마이크로구조(microstructure)의 분석
강자성 재료로서의 철은 각 바이스 도메인에서의 자기 다이폴을 형성한다.
이들 다이폴은 그 방향으로 외부 자기장을 인가함으로써 재배향될 수 있다. 외부 자기장의 방향으로 마이크로다이폴(microdipole)을 선회시킴으로써, 궁극적으로 모든 마이크로다이폴이 외부 자장의 방향으로 놓일 때까지 그 강도가 증가한다.
마이크로다이폴에 존재하는 자기 모멘트(magnetic moment)를 극복하기 위해, 어떤 반대로 향해진 자기장 강도가 필요하다. 자기장 소스에 최근접한 다이폴은 최강력을 경험한다. 더 많은 마이크로다이폴이 재배향될수록, 외부 자기장 방향으로의 최종의 자기장 강도가 더 커진다.
따라서, 추가의 제거된 마이크로다이폴이 또한 재배향될 수 있다.
자기장의 변화는 그 변화가 반대의 자기장을 발생시키는 전기 전류를 발생시킨다. 외부 자기장의 변화 속도가 더 클수록, 더 큰 거리에서의 마이크로다이폴의 재배향을 둔화시키는 유도 저항력(induced counter force)이 더 커진다.
마이크로다이폴의 재배향의 효과는 자기장 변화의 매우 세심한 측정으로 해결될 수 있다.
특정 재료 체적에 대해 외부 자기장을 제한한 결과로, 이 재료 체적의 구조 및 특성에 관련한 예측이 이루어질 수 있다. 더 먼 구조에 의해 촉발되는 효과는 그 수가 작기 때문에 무시될 수 있다. 바이스 도메인으로 인해, 즉 각각 FE 전자 스핀(electron spin)의 균일한 배향을 가지고 그에 따라 자기 다이폴을 구성하고, 동시에 또한 기계적으로 관련된 특성을 가지는 재료 체적으로 인하여, 자기 특성으로부터 일부 기계적 특성이 판단될 수 있다.
철계 재료에서의 미세결정(microcrystal)의 크기 분포는 또한 인장(tensile) 및 압축 강도(compressive strength)를 설명한다.
철 결정 영역의 정밀한 크기 및 공간적 확대가 알려진다면, 재료의 기계적 특성에 관한 정밀한 예측이 이루어질 수 있다.
의도적으로 또는 의도치않게 철에 유입된 엘리먼트는 재료의 기계적, 전기적 및 자기적 특성을 변화시킨다.
경화된 철계 재료가 사용되어야 할 때 탄소-함유 철강이 널리 사용된다. 철에서의 탄소의 특정 분포, 결정 영역의 크기 분포, 철 격자(iron lattice)에서의 모든 이용가능 탄소 원자의 완전 또는 불완전 통합, 재료에서의 기본 탄소의 존재 등이 또한 재료의 특성에 영향을 미친다.
의도치않게 재료에 유입되는 다른 중요한 합금 엘리먼트 또는 간섭하는 엘리먼트에도 동일하게 적용한다.
분석을 위해 많은 다양한 방법이 사용된다. 정의된 단면 또는 면적(area)의 압축 및 인장 테스트뿐 아니라 완성 컴포넌트의 로드 테스트(load test)가 사용된다. 결정 구조 및 다양한 합금 컴포넌트의 통합을 설명하기 위해 재료 샘플의 현미경 검사가 사용된다. 예시로서 비파괴 검사(non-destructive investigation)를 위한 X-레이, 와상 전류 측정이 사용된다.
자기 히스테리시스 곡선(hysteresis curve)을 통한 반복된 통과 동안, 즉 외부 자기장의 반복된 극성 역전(polarity reversal) 동안 자기 교번 자장을 인가하고 개개의 자기 특성을 결정하는 것이 알려져 있다. 그 특성은 정상 상태(steady state)의 평균 값으로서 결정된다.
이와 반대로, 본 발명에 따른 평가는 바람직하게는 단일 자화의 진폭, 시간 및 주파수 분포에 기초한다. 본 발명에 따른 주파수-시간 분석에서의 히스테리시스 곡선의 절반을 통한 통과는 이미 연구된 재료에 관한 정보를 산출한다. 히스테리시스 곡선이 완전히 관통한다면, 사인 곡선의 자기 여기의 예를 위한 도 2를 참조하거나 여러 통과가 기록되고, 측정 결과의 신뢰도 레벨이 증가한다.
히스테리시스 곡선이 가능한 한 평탄하도록 여기가 최적화될 수 있다. 결과적으로, 자화 프로세스가 더 길게 지속하고 더 유익하다. 본 발명은 따라서 바람직하게는 특히 재료에 대해 적응된 여기 곡선을 최적화한다.
측정 결과의 신뢰도 레벨은 반복에 의해 증가할 수 있지만, 측정 에러를 감소시키는 것이 필요하다.
본 발명에 따르면, 자기장 변화의 주파수 분포 및 주파수에 관한 진폭 점프(amplitude jump)가 분석될 수 있고 이 분석으로부터 바이스 도메인의 크기 분포가 결정될 수 있다.
자기장 변화의 스캐닝 속도가 개개의 바이스 도메인의 재배향의 평균 속도보다 더 크다면, 도메인이 더 높은 자기장 강도의 구역에 초기에 재배향된 이후에 자기장 강도의 위치에 대한 개개의 도메인 및 그 크기의 할당이 이루어질 수 있다.
하부에 깔린(lower-lying) 재료 층에 관한 연속적인 정보를 추가하고 그에 따라 바이스 도메인의 평균 크기의 깊이 프로파일을 획득하기 위해 자기장 강도 또는 자기장 강도의 변화 속도가 변화될 수 있다.
지금까지 본 발명은 마이크로다이폴의 특성에 영향을 미침에 따라 재료의 경도 및 강도 프로파일 및 재료 결함의 분포를 설명한다.
예시:
평균 결정 크기는 10 ㎛3이다. 관련 자기장 크기는 4 × 82 mm, 즉 64 mm3이다. 그 후에 총 약 64 * 106 마이크로다이폴이 영향을 받는다. 100 MHz의 스캐닝 속도 및 1 초의 포화 자화까지의 시간에서, 개개의 다이폴의 자기장 증가가 설명될 수 있다.
개개의 전자의 전자 스핀 축의 배향의 변화는 특정 양자화에서만 달성될 수 있다.
바이스 도메인 내의 이웃 전자는 서로에 대해 자기적으로 정렬되고, 따라서 모두 배열된 스핀 축 방향(coordinated spin axis direction)을 가진다. 일부 전자의 스핀 축의 갑작스러운 회전이 시작될 때, 이에 의해 어쨌든 유사한 외부 자기장 강도를 경험하는 모든 이웃 전자의 피벗팅(pivoting)이 가속화된다. 따라서, 이러한 발전 과정(Umklapp process)의 속도가 최대치를 가질 때, 외부 자기장의 방향에 대해 매칭된(matched) 바이스 도메인의 자기장의 크기(magnitude) 순서로 자기장에서 준-임펄스-형(quasi-impulse-like)이 증가한다. 구체적으로 전체 자기장에 중첩되는 바이스 도메인의 이러한 급격한 변화는 본 발명의 평가에 의해 기록된다.
매칭된 또는 대체로 매칭된 마이크로다이폴의 수가 증가하면, 최종 총 자기장은 점진적으로 더 빠르게 증가한다.
외부 자기장의 노련한 변화의 결과로서, 총 자기장의 히스테리시스 곡선의 행동에 반영되는 이러한 아발란치 효과(avalanche effect)는 가능한 한 자기장 강도 증가의 선형 행동을 달성하도록 보상될 수 있다.
이 외에도 관찰되는 체적에 함유된 모든 결정영역의 발전 행동(Umklapp behaviour)의 최상의 가능한 해상도를 달성하는 것이 바람직하다.
그 내부 자기장 배향과 외부 자기장 사이의 동일한 입체각 차이(solid angle difference)를 가지고 외부 자기장의 동일한 자기장 강도의 구역에 놓여있는 결정영역은 그 회전 행동에서 구별될 수 없다. 추가로, 결정 영역은 전체 자기장을 변화시키지만 또한 마이크로범위(microrange)에 있는 둘러싸는 결정 영역의 영향을 받기 쉽다. 그럼에도불구하고, 그 행동이 분리될 수 없는 결정 영역이 존재할 수 있다. 이러한 관점에서, 완전한 해상도를 설명하기보다는 오히려 자기장 변화의 영향을 합산하는 측정 결과를 사용하는 것이 적합하다.
본 발명은 상당히 더 짧은 시간에서 측정을 수행하기 위해 이러한 방법을 사용할 수 있다. 모든 결정 영역 영향의 완전한 기록과 매우 빠른 측정 사이의 절충안이 달성된다.
또한 고해상도 측정이 새로운 재료로 수행되고 이 결과는 그 후에 상당히 더 빠르지만 더 낮은-해상도 측정을 보정하기 위해 사용되는 것이 실현가능하다.
방법은 재료 체적에서 변화하는 자기장을 필요로 한다. 이는 예를 들어, 그 강도가 원하는 시간 간격 내에서 변화되는 자기장을 인가하고 및/또는 정적 자기장을 통해 재료를 이동시킴으로써 달성될 수 있다.
(예를 들어, 서로 다른 경도 상태의 결과로서) 재료의 결정 영역 구조가 변화해야 한다면, 이는 자기장 증가의 변경된 분포에 반영된다. 본 발명은 따라서 예를 들어 생산 프로세스 내에서 움직이는 재료에 관한 측정을 수행하는 가능성을 제공한다.
형성하는 동안의 편차(deviation)를 위한 전체 길이에 걸쳐 재료를 분석하고 실제 강도 및 다른 기계적 특성에 관련한 정보를 획득하기 위해 측정 프로브(measurement probe)가 와이어 드로잉 또는 다른 스탠드 포밍 플랜트(stand forming plant)에 수용될 수 있다.
반복된 측정을 적용하여, 재료의 서로 다른 체적 엘리먼트가 분석될 수 있고, 또한 예를 들어, 경화 프로세스에서의 냉각 동안의 시간 변화가 검사될 수 있다.
따라서, 큐리 온도(Curie temperature) 미만으로의 하강 및 재료에서의 결정화 효과의 시퀀스가 관찰될 수 있다.
측정 프로브는 강철 시트의 고온 성형(hot forming) 및 경화를 위해 성형 툴(forming tool)에 직접 삽입될 수 있고 결정화 및 그에 따른 경화의 프로세스가 현장에서 관찰될 수 있다.
재료의 결정 영역 구조의 분석에 더하여, 자기장 분석의 구역에 위치될 때 크랙 또는 블러홀과 같은 거시적 결함(macroscopic defect)이 검출될 수 있다.
빠른 측정의 결과로서, 본 발명은 컴포넌트 표면 또는 컴포넌트 층의 완전한 스캐닝을 가능하게 한다.
특히 경계-층-경화(boundary-layer-hardened) 강철을 위해 경화 깊이까지의 분석이 매우 유용하다. 구체적으로 이들 재료 구역은 경화 프로세스로 인해 그리고 또한 후속적으로 컴포넌트의 사용 동안 특히 응력을 받는다.
시리즈-제조 컴포넌트(series-manufactured component)에 대해 관련 재료 층의 스캐닝 동안 획득되는 자기장 변화 맵(magnetic field variation map)이 각 경우에 생성될 수 있다. 각각의 추가 컴포넌트의 행동은 그 후에 즉시 기록된 이러한 맵 및 편차와 비교될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 예를 들어, 베어링(bearing) 또는 기어휠(gearwheel)의 제조시에 발생하는 것과 같은 연마된 표면(polished surface)에 새로운 경도 존(hardness zone)의 검출을 위해 적합하다.
예시
도 1은 강자성 재료 샘플에 사인곡선으로 변조된 외부 자기장의 인가에 의한 자기 여기 후의 자기장(H)의 시간 행동을 도시한다. 최종 자기장의 변화의 AC 컴포넌트가 도시된다. (약 1000 Hz 제한 주파수를 가지는 하이 패스(High pass), 스캐닝 속도 50 MHz, 6 MHz로의 다운샘플링(downsampling)). 사인 주기는 50 Hz로서 식별될 수 있다. 히스테리시스 특성을 통한 완전한 통과가 도시된다. 종래 기술 방법은 이러한 평가로 제한된다.
도 2는 마이크로마그네틱 효과가 식별될 수 있도록 주파수 범위에서의 고주파수 해상도로 본 발명에 따른 시간-주파수 범위에서의 도면이다. 그 각각이 자기 여기 펄스(magnetic excitation pulse)에 할당될 수 있는 2개의 주된 방출 영역에 더하여, 많은 전형적인 보조 방출이 뚜렷하다. 주파수-시간도(frequency-time diagram)는 그로부터 마이크로마그네틱 프로세스에 관한 판단이 도출될 수 있는 지문(fingerprint)을 형성한다.
도 3은 주파수, 시간 및 진폭 행동을 가지는 도 2로부터의 주된 방출을 도시한다.
도 4a는 시간축 상의 추정을 가지는 주된 방출을 도시한다. 도 4b 내지 4d는 대안적인 신호 형태를 도시한다. 따라서, 임의의, 심지어 비-자기 여기의 경우에, 신호 형상으로부터 재료 특성에 관한 판단이 도출될 수 있다. 도 4b에서, 신호 형상이 감소하는 것보다 더 가파르게 증가하는 경향이 있는지에 따라, 또는 도 4c에서 감소하는 것보다 더 평탄하게 증가하는 경향이 있는지에 따라, 또는 2배(도 4d, 4e)를 가지는지에 따라 재료, 툴 또는 프로세스 특성을 특성화하기 위해 복합 발진(multiple oscillation)이 유용하다. 특히, 도 4 또는 도 2에서의 섹션에서 예상되거나 재료의 경도, 내부 응력, 마이크로구조, 합금 컴포넌트 등에 관련한 도 2, 3에서와 같이 다차원적으로 평가되는지 여부에 따라, 신호 형상으로부터 정보가 획득될 수 있다.
도 5는 주파수 축 상의 추정을 가지는 주된 방출을 도시한다.
편의적으로 여기의 주파수는 평가의 목적에 따라 변화되거나 서로 다르게 선택된다. 고주파수에서 재료 내로의 관통 깊이는 낮은 주파수에서보다 더 낮다. 이러한 관점에서 재료의 깊이에 따라 재료 특성을 기록하기 위해 여기 동안 주파수 범위를 횡단하는 것이 편의적일 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 예시적인 실시예에서, 회전 휠(2), 예를 들어 트랙터(tractor)의 휠 타이어(wheel tyre) 또는 평탄한 재료(3), 예를 들어 플레이트(plate)의 표면은 재료 특성 프로파일, 특히 각각의 표면의 경도 또는 강도 프로파일을 생성하면서 자기장 센서(1)에 의해 스캐닝될 수 있고, 유용하게 재료 특성은 표면으로부터의 거리의 함수로서 기록될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 또한 용접 층을 평가하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 용접 층의 품질에 관한 특히 깊이-등급 판단(depth-graded conclusion)으로 용접 층을 스캐닝함으로써, 강도 등이 획득될 수 있고 크랙과 같은 결함이 검출될 수 있다.
본 발명에 따른 방법, 디바이스 및 용도는 프로세스 모니터링에서 특히 유용하게 사용될 수 있다.
예를 들어, 와이어 드로잉 디바이스(wire drawing device)로부터 화살표(5)를 따라 그려지는 와이어 드로잉 와이어(4)가 자기장 센서에 의해 기록되는 재료 체적의 자기장을 기록하면서 자기장 센서(6) 또는 복수의 자기장 센서(6')를 따라이동될 수 있다. 예를 들어 자화(8)의 형태로 디바이스(7)에 의한 여기가 편의적으로 제공된다. 드로잉 방향(5)으로의 다운스트림 디바이스(downstream device)(7')가 자기소거(demagnetization)를 위해 제공될 수 있다.
와이어(4) 대신에, 평탄한 재료, 예를 들어 시트(4)가 자기장 센서(6)에 의해 통과될 수 있다.
도 8을 참조하여, 벌크 재료(9), 가능하게는 스크류(screw)는 중력을 수반하여 화살표(10)를 따라 디바이스(7)에 빠지게 할 수 있고 자기장 센서(6)에 의해 기록될 수 있다.
디바이스(7, 7'...) 및 자기장 센서(6, 6' ...)는 일반적으로 임의의 재료 경로를 따라 배치될 수 있다.
프로세스 모니터링의 이러한 변형은 통상적으로 정지 자기장 센서 배치에서 연속적인 재료 흐름이 실질적으로 완전한 검사를 허용하게 한다. 경도, 재료의 밀도 변동, 표면 주름(surface corrugation), 와이어 직경 등이 기록될 수 있다.
바람직하게는 자기적으로 및/또는 전기적으로 상술한 예에서 발생하는 여기는 또한 다른 방식으로 수행될 수 있다.
따라서, 워크피스의 기계적 작동, 특히 플라스틱 및/또는 탄성 변형 또는 머시닝(machining) 등은 특히 철 또는 상자성 또는 금속 재료에서의 검출가능한 자기장 변화를 야기시킨다. 예시로서, 도 9는 플라스틱 및 임의선택적으로 탄성 변형(12) 및 자기장 센서(6)를 가지는 와이어 드로잉 디바이스(11)를 도시한다. 형성의 결과로서 생산되는 자기장(12)의 본 발명에 따른 기록 및 평가의 결과로서, 형성의 품질이 기록될 수 있다. 또한 두께 변형, 표면파 또는 결함뿐 아니라 와이어 절단(wire tearing) 등이 또한 결정될 수 있다.
본 발명의 모든 실시예는 바람직하게는 강자성 재료이지만 또한 상자성 재료(paramagnetic material) 또는 비-자기 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어 도 7에서의 플레이트(4)가 플레이트(4)의 댐핑 행동(damping behaviour) 때문에 디바이스(7) 및 센서(6)를 통해 플라스틱으로 이루어진다면, 두께, 홀 또는 재료 포함 또는 밀도 변화 또는 크랙 등과 같은 결함, 표면 주름 등에 관하여 플레이트에 관한 판단이 도출될 수 있다. 본 발명은 또한 현대의 합성 플라스틱 또는 입자가 혼합된 플라스틱에 사용될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 입자 밀도, 입자 분포의 균일성, 합성물의 품질이 모니터링될 수 있고 임의의 결함있는 접합부(join)와 같은 결함 및 평탄한 합성 재료 또는 포함 등의 경우의 필링(peeling)이 식별될 수 있다.
추가적인 용도는 경화, 특히 프레스 경화(press hardening) 동안의 프로세스 모니터링이다. 재료의 형성 및/또는 가열이 이 경우에서의 여기로서 사용된다. 자기장은 냉각 동안 또는 형성 동안 및 형성 후에 변화한다. 자기장을 기록함으로써 결정화 프로세스가 관찰될 수 있고 평가될 수 있다. 결정화 및 마이크로구조의 정도에 관한 판단이 가능하거나 경화 프로세스가 종료되기 때문에 재료가 주조에서 해방될 수 있는 시간이 기록될 수 있다. 더욱이, 이미-언급된 정보는 결함(또한 마이크로크랙, 파열 등에 관련한 냉각 동안의 크랙 형성)으로서 이용가능하고 프로세스의 최적화는 또한 프로세스 파라미터 온도, 형성 압력, 가열 속도, 냉각 속도, 시간의 함수로서의 온도 프로파일, 형성 속도 또는 프로파일 등의 변화 동안 재료 파라미터를 기록함으로써 가능하다.
평가 기술의 관점에서, 본 발명은 바람직하게는 특성 벡터(characteristic vector)를 사용하여 작업한다. 특성 벡터는 이 경우에 주파수 분포, 단일 또는 다수의 피크, 피크의 기울기, 자기장 등과 같은 개개 값의 n개이다. 그와 같은 특성 벡터는 알려진 특성을 위한 모델로서 기록될 수 있고 그 후에 재료 및/또는 프로세스 특성을 결정하기 위해 검사 동안 기록된 특성 벡터와 비교될 수 있다.

Claims (15)

  1. 재료 체적(material volume)의 자기장을 관찰하기 위한, 특히 워크피스의 재료 체적의 자기적, 기계적, 열적 및/또는 전기적 여기 하에서 상기 워크피스의 특성을 결정하기 위한 방법에 있어서,
    고주파수 해상도로의 시간 및 주파수의 함수로서 상기 재료 체적의 자기장을 기록하는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    강자성 워크피스가 사용되고 상기 히스테리시스 곡선의 절반, 완전한 히스테리시스 곡선 또는 복수의 연속적인 히스테리시스 곡선을 통한 통과 동안 상기 자기장이 기록되는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 여기에 대한 상기 마이크로마그네틱 응답이 기록되고 및/또는 상기 여기의 주파수 및/또는 시간 해상도는 상기 재료 체적에서의 마이크로마그네틱 효과에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기에 대한 상기 응답의 속도가 기록되는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    자기 및/또는 전기 교번 자장 및/또는 정적 자장 및/또는 와상 전류 유도 및/또는 가능하게는 고주파 경화와 같은 재료 처리 및/또는 교류 또는 직류의 인가 및/또는 교류 및/또는 직류 전압의 인가에 의해 상기 여기가 수행되는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 상기 여기 및/또는 상기 기록 동안 센서에 대한 고정 위치에 있는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 상기 여기 및/또는 상기 기록 동안 센서 및/또는 여기 디바이스에 대해 이동되는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기 소스의 주파수는 변화하는데, 특히 주파수 범위에 퍼져있는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 여기 디바이스 및/또는 복수의 자기장 센서가 사용되는 것을 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 방법.
  10. 재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한, 특히 워크피스의 재료 체적의 자기적, 기계적, 열적 및/또는 전기적 여기 하에서 상기 워크피스의 특성을 결정하기 위한 디바이스에 있어서,
    고주파수 해상도로의 시간 및 주파수의 함수로서 상기 재료 체적의 자기장의 기록을 위한 센서를 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 워크피스 또는 상기 워크피스의 재료 체적의 전기적, 기계적, 열적 및/또는 자기적 여기를 위한 여기 디바이스를 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 디바이스.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 주파수-시간 스펙트럼에서의 자기장의 3차원 평가를 위한 평가 디바이스를 특징으로 하는,
    재료 체적의 자기장을 관찰하기 위한 디바이스.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 디바이스의 용도에 있어서,
    프로세스 모니터링을 위한, 특히 와이어 드로잉(wire drawing) 동안, 특히 연속적으로 공급된 및/또는 생산된 와이어-형상(wire-shaped) 또는 평탄한 재료 또는 벌크 재료를 검사하기 위한,
    디바이스의 용도.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 디바이스의 용도로서,
    표면(surface), 특히 원형 직경(circular diameter) 또는 용접 층(weld seam)을 가지는 워크피스의 표면의 경도(hardness) 및/또는 강도 프로파일(strength profile)을 측정하기 위한,
    디바이스의 용도.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법, 디바이스 또는 용도에 있어서,
    기록된 신호 형상과 가능한 경도, 내부 응력, 마이크로구조, 합금 컴포넌트와 같은 재료 특성의 상관관계를 특징으로 하는,
    방법, 디바이스 또는 용도.
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