KR20220115391A - 자기 센서용 롤 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이송하는 강판을 지지하는 역할과 강판에 이송방향과 수직 방향으로 자력을 제공하는 역할을 동시에 수행할 수 있는 자기 센서용 롤 제조 구조체을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자기 센서를 이용한 강판 탐상 장치에 적용되는 자기 센서용 롤 구조체에 있어서, 내부에 권선된 동선을 포함하는 원통 형상의 원통부; 및 상기 원통부에 결합하는 금속재질의 베이스를 포함하며, 상기 원통부는 이송하는 강판의 일면을 회전하면서 지지하고, 상기 동선에 공급되는 전원에 의하여 자력이 생성되어 상기 강판에 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 센서용 롤 구조체{Roll structure for magnetic sensor}

본 발명은 자기 센서용 롤 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력이 발생되는 자기 센서용 롤 제조 구조체에 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, 분포 등을 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 에러이를 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 개재물을 감지할 수 있는 장점은 있으나, 다수의 센서 모듈을 포함하고, 각 센서 모듈에서 감지되지 않는 영역의 감지를 위하여 추가의 수직형 센서 모듈이 필요하므로 구조적으로 매우 복잡한 단점이 있다.

한편, 상기 자기 센서 모듈은 강판에 자력을 인가하는 자석이 반드시 별도로 구비되고, 강판의 이송을 지지하는 롤의 상단에 설치되는 것이 가장 일반적인 형태이다. 그리고 상기 자석은 상기 자기 센서와 측면에 배치되는 형태로 구성되거나, 일정 거리 이격된 위치에서 강판을 자화하는 형태로 배치되는 형태로 구성되어, 반드시 하나의 필수 요소로 작용하여 전체 구조가 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 이송하는 강판을 지지하는 역할과 강판에 이송방향과 수직 방향으로 자력을 제공하는 역할을 동시에 수행할 수 있는 자기 센서용 롤 제조 구조체을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자기 센서를 이용한 강판 탐상 장치에 적용되는 자기 센서용 롤 구조체에 있어서, 내부에 권선된 동선을 포함하는 원통 형상의 원통부; 및 상기 원통부에 결합하는 금속재질의 베이스를 포함하며, 상기 원통부는 이송하는 강판의 일면을 회전하면서 지지하고, 상기 동선에 공급되는 전원에 의하여 자력이 생성되어 상기 강판에 제공하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 원통부는 300rpm 내지 600rpm의 속도로 회전하고, 상기 원통부의 외경은 300mm 내지 500mm인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 원통부의 두께는 80mm 내지 120mm인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 원통부는 복수의 권선모듈과 상기 복수의 권선모듈의 외경부를 감싸면서 전체 권선모듈들을 고정하는 외면부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 권선모듈은 동선이 권선되고, 동선이 권선된 권선부와 상기 권선부를 수용하는 원통 형상의 수지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 권선모듈은 내경부에서 연장되는 동선의 시작단과 동선의 끝단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 외면부는 3mm 내지 6mm 두께이며, 재질은 탄소섬유와 상기 탄소섬유를 고착시키는 합성수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 권선모듈은 각각의 시작단이 서로 전기적으로 연결되고, 각각의 끝단이 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 시작단들과 상기 끝단들은 슬립링을 통하여 외부의 전원과 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 베이스는 상기 원통부 내경에 배치되는 내경베이스와 상기 원통부 측면에 배치되는 측면베이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 내경베이스에는 상기 원통부의 동선이 관통하는 복수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 베이스는 강 또는 전기강판 재질이며, 두께가 10mm 내지 20mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기 센서용 롤 구조체는 권선된 동선을 에폭시에 의하여 바인딩한 권선모듈을 원통형의 금속재질의 베이스에 순차적으로 복수개 배치하고, 표면을 탄소섬유를 이용하여 고착화시켜 롤 형태로 제조하고, 각 권선모듈을 전기적으로 연결하여 전원을 공급하는 경우 롤 자체가 전자석 역할을 하여 강판의 이송을 지지하면서 강판에 이송방향과 수직 방향으로 자력을 제공하여, 강판 탐상용 자기 센서 장치의 구조를 간단하게 구현할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 자기 센서용 롤 구조체의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 원통부의 구성도이며,
도 3은 도 1에 도시된 권선모듈의 구성도이며,
도 4는 도 1에 도시된 베이스의 구성도이며,
도 5는 본 발명에 따른 자기 센서용 롤 구조체를 이용한 강판 자기 탐상 장치의 일실시예이며,
도 6은 도 5의 다른 실시예이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 자기 센서용 롤 구조체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 코일이 권선되어 있는 원통형상의 원통부(1)와 상기 원통부(1)의 내경과 측면에 배치되는 축대칭 형상의 금속재질의 베이스(2)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 원통부(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전체 원통형상이며, 복수의 원통형상의 권선모듈(10)과 상기 권선모듈(10)의 외면을 감싸면서 전체 권선모듈(10)들을 고정하는 외면부(30)를 포함한다.

여기서, 상기 권선모듈(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 동선이 권선된 형태인 권선부(11)와 상기 권선부(11)를 감싸는 바인더 역할을 하는 수지부(15)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 권선부(11)는 동선의 시작단(12)과 끝단(13)을 각각 포함한다.

여기서 상기 동선의 직경은 0.8mm 내지 2.0mm를 사용하는 것이 통상의 자기 센서에 필요한 자력을 형성할 수 있어 바람직하다.

한편 상기 수지부(15)는 내경부(16)와 외경부(17)를 갖는 원통형상으로 내부에는 상기 권선부(11)를 수용되고, 상기 시작단(12)과 끝단(13)은 상기 내경부(16)에서 외부로 돌출되도록 배치된다.

실제 상기 권선모듈(10)의 제작은 동선을 이용하여 권선부(11)를 먼저 제작한 후, 원통형상의 금형 내부 공간을 갖는 금형 내부에 안착시킨 후, 상기 금형 내부에 액상의 수지를 주입하여 제작하는 인서터 방식으로 구현한다.

상기 수지는 기계적 특성과 제작 특성 등을 고려하는 경우 에폭시 수지가 바람직하나, 필요한 경우 다른 수지를 이용할 수 있다.

한편, 상기 원통부(1)는 다수의 권선모듈(10)을 연결하여 하나의 구성으로 형성하므로, 상기 권선모듈(10)의 외경부(17)는 상기 외면부(30)에 의하여 전체가 감싸진다.

상기 외면부(30)는 구조체 역할을 하는 것으로, 상기 수지부(15)와 부착 가능한 탄소섬유와 상기 탄소섬유를 고착화하기 위한 합성수지를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 합성수지는 액상 형태로 도포된 후, 고형화되어 상기 탄소섬유를 상기 수지부 외면에 부착시키는 것으로, 상기 특성이 발휘되는 어떠한 합성수지도 사용 가능하다.

상기 외면부(30)는 3mm 내지 6mm 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 필요한 경우 상기 탄소섬유는 다수개가 고착화액에 의하여 적층되도록 구성하며, 상기와 같은 방식으로 외면부(30)를 형성하는 경우 전체 원통부(1)가 견고한 특성을 나타낸다.

상기 외면부(30)의 두께가 6mm를 초과하는 경우에는 제조 비용이 증가하고, 상기 권선부(11)에서 생성된 자력의 전달이 약화될 우려가 있어 부적절하고, 3mm 미만의 경우에는 원통부(1)의 강도 발현에 문제가 발생할 우려가 있어 부적절하다.

한편, 본 발명에 따른 자기 센서용 롤 구조체(100)는 강판을 지지하며 강판의 이송속도와 연동되어 회전하므로, 회전속도는 600rpm이내로 구동하는 것이 바람직하고, 또한 300rpm 내지 600rpm의 회전속도가 가장 바람직하다.

이때 상기 원통부(1)의 외경은 300mm 내지 500mm의 범위로 설정하는 것이 강도적인 측면 및 자기 생성 측면에서 유리하다.

이때 원통부(1)의 두께((외경-내경)/2)는 80mm 내지 120mm로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 원통부(1)의 강도 발현과 자력 생성이 적절하며, 제작적인 측면에서 유리한 장점이 있다.

한편, 상기 베이스(2)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 원통부(1)의 내경부에 삽입되는 원통형상의 내경베이스(50)와 상기 내경베이스(50)의 측면에 형성되는 측면베이스(60)를 포함하여 구성된다.

상기 베이스(2)는 강판 또는 전기강판 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 상기 내경베이스(50)는 상기 원통부(1) 내경에 배치되어 자석 코어 역할을 하고, 상기 측면베이스(60)는 상기 원통부(1)의 측면을 지지하여 구조물 역할을 수행한다.

상기 베이스(2)의 두께는 10mm 내지 20mm 정도로 구현하는 것이 바람직하다. 상기 두께가 10mm 미만인 경우에는 자석 코어 역할이 미미하고, 강도 구현이 낮아 부적절하고, 20mm를 초과하는 경우 전체 롤 구조체(100)의 무게가 증가하고 또한 가공이 어려워 부적절하다.

한편 상기 내경베이스(50)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 홀(51)이 형성되어 있으며, 상기 홀(51)을 통하여 권선부(11)의 시작단(12)과 끝단(13)이 삽입되어 상기 내경베이스(50)의 내부에 위치하여 서로 전기적으로 연결된다.

또한 각 권선부(11)의 시작단(12)들을 서로 연결되고, 각 끝단(13)들 역시 서로 연결되는 병렬형태로 상기 권선부(11)가 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 시작단(12)의 연결부와 상기 끝단(13)의 연결부는 슬립링을 통하여 외부 전원과 연결되도록 구성한다.

또한 상기 내경베이스(50)의 내부에는 별도의 회전축이 삽입되고 상기 내경베이스(50)와 결합하고, 상기 회전축은 베어링을 매개로 회전 지지되도록 구성하면 상기 내경베이스(50)는 회전 가능하다.

물론 상기 내경베이스(50)와 상기 회전축 사이에는 상기한바와 같이 시작단(12)의 연결부와 상기 끝단(13)의 연결부들과 간섭이 발생하지 않도록 적절한 공간을 형성한다.

한편, 상기 롤 구조체(100)는 상기 내경베이스(50)와 상기 원통부(1)를 결합시키고, 이후 상기 시작단(12)과 끝단(13)의 전기적 연결을 완료한 후, 상기 측면베이스(60)를 상기 내경베이스(50)와 결합하는 형태로 제작한다.

여기서 상기 측면베이스(60)는 상기 롤 구조체(100) 측면을 보호하는 역할을 하는 것으로, 상기 원통부(1)와 동일한 직경 또는 약간 작은 직경으로 구성하는 것이 강판의 간섭 발생을 줄일 수 있어 바람직하며, 재질과 두께는 상기 내경베이스(50)와 동일하게 구성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 롤 구조체(100)는 회전 지지되고, 또한 외부 전원에 의하여 전기가 공급되어 전자석으로 작용하는 특성이 있다.

실제 상기 롤 구조체(100)를 이용하여 강판 탐상 장치를 구축하는 경우 별도의 자석이 필요하지 않으므로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 강판(3) 상단에 자기 센서(4)를 다수개 배치하는 것만으로 전체 설치가 완료되므로, 전체 설치 구조가 간단하고 또한 장치의 유지 보수가 편리한 장점을 제공한다.

또한 상기 롤 구조체(100)를 통하여 상기 강판(3)에 제공되는 자력은 상기 강판(3)의 이송방향과는 수직 방향으로 형성되므로, 강판(3) 이송 방향으로 형성되는 결함도 일반적인 자기 센서(4) 배치로 확인할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자기 센서용 롤 구조체를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1: 원통부 2: 베이스
3: 강판 4: 자기 센서
10: 권선모듈 11: 권선부
12: 시작단 13: 끝단
15: 수지부 16: 내경부
17: 외경부 30: 외면부
50: 내경베이스 51: 홀
60: 측면베이스 100: 롤 구조체

Claims (12)

1. 자기 센서를 이용한 강판 탐상 장치에 적용되는 자기 센서용 롤 구조체에 있어서,
   내부에 권선된 동선을 포함하는 원통 형상의 원통부; 및
   상기 원통부에 결합하는 금속재질의 베이스를 포함하며,
   상기 원통부는 이송하는 강판의 일면을 회전하면서 지지하고, 상기 동선에 공급되는 전원에 의하여 자력이 생성되어 상기 강판에 제공하는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 원통부는 300rpm 내지 600rpm의 속도로 회전하고, 상기 원통부의 외경은 300mm 내지 500mm인 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 원통부의 두께는 80mm 내지 120mm인 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 원통부는 복수의 권선모듈과 상기 복수의 권선모듈의 외경부를 감싸면서 전체 권선모듈들을 고정하는 외면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 권선모듈은 동선이 권선되고, 동선이 권선된 권선부와 상기 권선부를 수용하는 원통 형상의 수지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 권선모듈은 내경부에서 연장되는 동선의 시작단과 동선의 끝단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
7. 청구항 4에 있어서, 상기 외면부는 3mm 내지 6mm 두께이며, 재질은 탄소섬유와 상기 탄소섬유를 고착시키는 합성수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 복수의 권선모듈은 각각의 시작단이 서로 전기적으로 연결되고, 각각의 끝단이 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 시작단들과 상기 끝단들은 슬립링을 통하여 외부의 전원과 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스는 상기 원통부 내경에 배치되는 내경베이스와 상기 원통부 측면에 배치되는 측면베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 내경베이스에는 상기 원통부의 동선이 관통하는 복수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 베이스는 강 또는 전기강판 재질이며, 두께가 10mm 내지 20mm인 것을 특징으로 하는 자기 센서용 롤 구조체.
    

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