KR960005364B1 - 박강대의 자기탐상 장치 - Google Patents

Abstract

없음

Description

박강대의 자기탐상 장치

제1도는 본 발명의 1실시예에 관한 박강대의 자기탐상장치의 박강대의 주행방향에 평행하는 면에서 절단한 단면도.

제2도는 동 실시예 장치에 있어서 박강대의 주행방향에 직교하는 면에서 절단한 단면도.

제3도는 동 실시예 장치의 효과를 화인하기 위한 실험장치를 나타내는 단면도.

제4도는 동 실험장치에서 얻어진 검출 특성도.

제5도는 제4도의 검출 특성도를 다른 패러미터로 나타낸 특성도.

제6도는 등 실시예 장치에서 얻어진 결함 신호 파형도.

제7도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 박강대의 자기탐상 장치의 박강대의 주행방향에 평행하는 면에서 절단한 단면도.

제8도는 동 실시예 장치의 효과를 확인하기 위한 동 실시예 장치의 요부를 꺼내어 도시하는 모식도.

제9도는 각 자극과 수평자계분포 및 수직자계 분포와의 관계를 나타내는 도면.

제10도는 여자전류와 자기센서의 검출전압과의 관계를 나타내는 검출 특성도.

제11도는 동 실험 장치에 있어서 자화전류를 변화한 경우에 있어서 자 기센서의 검출 특성도.

제12도는 동 실험장치에 있어서 자기센서 위치를 변경한 경우에 있어서 자기센서의 검출 특성도.

제13도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 박강대의 자기탐상 장치의 박강대의 주행방향에 평행하는 면에서 절단한 단면도.

제14도는 동 실시예 장치에 있어서 박강대의 주행방향에 직교하는 면에서 절단한 단면도.

제15도는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 박강대의 자기탐상 장치의 박강대의 주행방향에 주행하는 면에서 절단한 단면도.

제16도는 동 실시예 장치에 있어서 박강대의 주행방향에 직교하는 면에서 절단한 단면도.

제17도는 동 실시예 장치 전체의 시스템을 나타내는 모식도.

제18도는 실시예 장치에 있어서 결함신호 특성도.

제19도는 상기 결함 신호특성에서 결함 위치 및 결함규모를 산출하는 순서를 나타내는 도면.

제20도는 실측치와 인공에 의한 육안 평가와의 관계를 나타내는 도면.

제21도는 다른 실시예의 자기 탐상장치에 있어서 각 측정치와 결함위치 및 결함 규모와의 관계를 나타내는 테이블을 나타내는 도면.

제22도는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 박강대의 자기탐상 장치의 자기 검출회로를 나타내는 블륵도.

제23도는 동 자기검출 회로의 동작을 나타내는 타임 챠트.

제24도는 동 자기검출회로의 검출코일에 인가하는 전압의 파형도.

제25도는 동 자기검출회로의 코일출력 전압파형도.

제26도는 동 자기검출회로의 코일출력 전압파형도.

제27도는 강자성체 코어의 자화 특성도.

제28도는 동 자기검출회로에 있어서 자속밀도에 대한 출력전압 특성도.

제29도는 본 발명의 또다른 실시예의 자기검출회로를 나타내는 블록도.

제30도는 동 자기검출 회로에 있어서 자기전류에 대한 출력 전압특성도.

제31도는 일반적인 박강대의 자기탐상장치의 박강대의 주행방향에 평행하는 면에서 절단한 단면도.

제32도는 동 종래 장치에 있어서 박강대의 주행방향에 직교하는 면에서 절단한 단면도.

제33도는 자기센서의 배설 방향과 각 자기센서의 검출파형과의 관계를 나타내는 도면.

제34도는 제33도의 각 자기센서로 검출된 수직자계와 수평 자계와의 관계를 나타내는 도면.

본 발명은 주행상태의 박강대(薄鋼帶)의 내부 또는 표면에 존재하는 결함을 검출하는 박강대의 자기탐상장치에 관하며, 특히, 박강대의 주행로에 직교하는 고정축에 회전 가능하게 지지된 증공롤을 박강대에 누르고, 그 증공롤 내에 자화기(磁化器)를 수납하고 결함에기인하여 생기는 누설 자속을 자기센서로 검출하도록 구성된 박강대의 자기탐상장치(磁器探像裝置)에 관한 것이다.

자기탐상 장치는 자기를 이용하여, 박강대의 내부 혹은 표면에 존재하는 흠,개재물 등의 결함을 검출 한다. 그리고,박강대의 자기탐상 장치는 퍼탐상체로서의 박강대를 정지(靜止)한 상태에서 탐상하는 것만이 아니라, 예를들면 공장등의 제조라인등에 설치되는 주행 중의 박강대에 존재하는 걸함을 연속적으로 검출할 수 있는 것이 보고되어 있다(실개소 63-107849호 공보).

제31도 및 제32도는 상술한 주행중의 박강대의 결함을 연속적으로 검출하는 박강대의 자기탐상장치를 각각 다른 방향에서 본 단면도이다.

중공롤(1)은 비자성재료로 형성되어 있다. 이 증공롤(1)의 중심축에 고정축(2)의 한쪽끝이 관통되어 있다. 이 고정축(2)의 다른쪽 끝은 도시하지 않은 건옥의 프레임에 고정되어 있다. 그리고, 고정축(2)은 중공롤(1)의 중심축에 위치하도록 1쌍의 구름베어링(rolling bearing)(3a,3b)으로서 중공롤(1)의 양쪽 끝의 내주면에 지지되어 있다. 따라서, 이 중공롤(1)은 고정축(2)을 회전중심축으로하여 자유롭게 회전 한다.

중공롤(1)내에 대략 ㄷ자 단면형상을 가진 자화(磁化) 철심(4c) 이 자로를 구성하는 자극(4a,4b)이 중공롤(1)의 내주면에 근접하는 자세로 지지부재(5)를 개재하여 고정축(2)에 고정되어 있다. 그리고, 이 자화철심(4c)에 자화코일(6)이 권장되어 있다. 따라서, 자극(4a ,4b)이 형성된 자화철심(4c)과 자화코일(6)로 자화기(4)를 구성한다. 자화기(4)의 자화철심(4c)의 자극(4a,4b)의 사이에 복수의 자기센서(7)가 축방향으로 배열되어 있다. 그리고, 각 자기 센서(7)는 상기 고정축(2)에 고정되어 있다.

자화코일(6)에 여자전류를 공급하기 위한 전원케이블(8)및 각 자기센서(7)에서 출력되는 각 검출신호를 꺼내기 위한 신호 케이블(9)이 고정축(2)내를 경유하여 외부로 도출되고 있다. 따라서, 자화철심(4c)및 각 자기센서(7)의 위치는 고정되고, 중공롤(1)이 자화기(4) 및 각 자기센서(7)의 바깥둘레를 미소한 간격을 가지고 회전한다.

이와같은 구성의 자기탐상 장치의 중공롤(1)의 바깥둘레면을 예를들면 화살표 A방향으로 주행상태의 박강대(10)의 한쪽면에 소정압력으로서 꽉 누르면, 고정축(2)은 건옥의 프레임에 고정되어 있으므로, 중공롤(1)이 화살표 B방향으로 회전한다.

그리고, 자화코일(6)에 여자전류를 공급하면, 자화철심(4c)과 주행상태의 박강대(10)로 닫힌 자로가 형성된다. 이와같이, 박강대(10)의 내부 혹은 표면에 상술한 결함이 존재하면, 박강대(10)내의 자로가 뒤죽박죽되고, 누설자속이 생긴다. 이 누설자속이 해당 위치의 자기센서(7)에서 추출되어 결함신호로서 검출된다.

검출된 결함신호는 그 신호레벨이 박강대(10) 내부 또는 표면의 결함의 크기와 대응하므로, 결함신호의 신호 레벨로써 박강대(10)의 결함의 존재와 그 크기를 파악하는 것이 가능하다.

그러나, 결함신호의 신호레벨은 박강대(10)와 자화철심(4c)과 자화코일(6)로 이루어지는 자화기(4)에 의해 형성되는 자로의 상태나, 자화기(4)와 박강대(10)와의 사이의 거리(L)나, 리프트오프라 불리는 박강대(10)와 각 자기센서(7)와의 사이의 거리( ℓ )등에 의해 크게 변화 한다.

이와같은 부적합함을 해소하기 위해, 제31도 및 제32도에 도시하는 바와같이 일정두께(t)를 가진 중공롤(1)을 이용하여, 박강대(10)와 자화기(4)와의 사이의 거리(L)나, 박강대(10)와 각 자기센서(7)와의 사이의 거리( ℓ )를 항상 일정치로 유지하고 있다. 또, 중공롤(1)이 자성재료로 형성되어 있으면, 박강대(10)이 안으로의 자로의 형성이 저해되므로, 중공롤(1)은 비자성 재료로 형성되어 있다.

따라서, 중공롤(1)의 두께(t)를 얇게 하면 할수록, 박강대(10)와 자화기(4)의 자극(4a,4b)과의 사이의 거리(L)가 작아지며, 박강대(10)내에 형성되는 자계가 커지며, 안정한 자속을 얻을수가 있다. 따라서, 중공롤(1)의 두께(t)를 얇게 하는 것이 바람직 하다.

또, 중공롤(1)의 두께(t)가 두꺼우면 중공롤(1)의 관성모멘트가 커지며, 박강대(10)의 주행속도가 변동안 경우에 중공롤(1)의 관성력에 의해 중공롤(1)과 박강대(10)와의 접촉면에서 미끄럼 동작 현상이 생기고, 박강대(10)의 표면에 흠이 생겨 버릴 염려가 있다. 따라서, 중공롤(1)의 두께(t)를 얇게 하여 상기 관성 모멘트를 작게 할 필요가 있다. 또한, 단 관성 모멘트를 작게 할 목적으로는 중공롤(1)의 바깥지름을 작게 설정하면 좋지만, 내부에 수납되어 있는 자화기(4)나 자기센서(7)의 크기에 의해 바깥지름이 제약된다.

그러나, 상술한 바와같이 연속하여 주행하고 있는 박강대(10)의 결함을 정밀도 좋게 검출하는 데는 박강대(10)표면과 중공롤(1)의 바깥 둘레면이 항상 접촉하고 있을 필요가 있으므로, 중공롤(1)에는 박강대(10) 의 장력에 기인하는 하향의 힘 이나, 박 강대(10) 자체의 중량에 의한 하향의 힘이 인가된다. 하향의 힘이 인가되면 중공롤(1)이 변형하거나 손상된다. 그러 면, 상술한 박강대(10)와 자화기(4)와의 사이의 거리(L)나 박강대(10)와 각 자기센서(7)와의 사이의 거리(ℓ)을 일정치로 제어할 수 없게 되므로, 결함 검출 정도가 저하하거나, 탐상 불능으로 된다

따라서, 중공롤(1)이 장기간에 걸쳐 완전히 둥근 상태를 유지하기에는 중공롤(1)의 두께(t)를 일정한도 이하로 얇게 할수 없다. 즉, 박강대(10)가 100m/분의 주행속도 조건하에서는 상기 두깨(t) 는 2mm 정도가 한계이다.

또, 중공롤(1)내에 수납하는 자화철심(4c)과 자화코일(6)로 구성하는 자화기(4)의 발생하는 자계의 강도를 크게 하는 것이 생각되지만, 자화 철심(4c)의 크기나 자화코일(6)에 흐르게 하는 전류의 크기를 일정 한도 이상으로 하면, 장치 전체가 대형화 되거나 제조비가 대폭으로 상승하는 문제가 있다.

본 발명의 제1목적은 제조비를 대폭으로 상승시키지 않고, 자기센서로 검출되는 결함신호의 S/N을 향상할수 있으며, 결함의 검출감도와 검출 정밀도를 대폭으로 상승할수 있는 박강대의 자기탐상 장치를 제공자는 것이다.

본 발명의 제2목적은 박강대의 두께 방향의 결함 발생 위치와 결함 규모를 간단하게 검출할수 있는 박강대의 자기탐상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서는 주행하는 박강대의 표면에 접함에따라 화기의 자극 사이 거리는 자극에서 박강대까지의 거리의 2 이상이고 또한 8배 이하로 설정되어 있다.

주지한 바와같이, 이간한 1 쌍의 자극을 가지는 자화기에서는 한쪽의 자극에서 출력되는 자속은 자극상호간의 공간(자기갭)을 경유하여 다른쪽의 자극으로 입력된다. 이 경우 자기갭에 근접하여 자성재료인 박강대가 존재하면, 한쪽의 자극에서 출력된 자속의 일부는 자기갭을 통과시키지 않고 박강대안을 통과하여 다른쪽의 자극으로 입력한다.

이 경우, 자기갭을 통과하는 자속과 박강대안을 통자하는 자속과의 비율은 자기갭의 간격(자극 사이 거리(w))과 각 자극에서 박강대까지의 거리(L)에크게 좌우된다. 즉, 자극 사이거리(w)가 일정한 경우에는 자기회로의 자기저항이 작은 쪽에 의해 많은 자속이 집중하므로 각 자극과 박강대와의 사이의 거리(L)가 작아지면, 당연히 박강대를 통과하는 자속의 밀도가 증대하고, 거리(L)이 커지면, 박강대를 통과하는 자속의 밀도가 감소한다.

한편, 거리(L)가 일정한 경우에는 자속사이 거리(W)가 넓어지면 박강대를 통과하는 자속의 비율이 증대하지만, 자극사이 거리(W)가 과도하게 넓어지면, 상술한 자속의 총수가 감소한다. 또, 자극 사이거리(w)가 과도하게 좁아지면, 상기 자속의 총수는 증대 하지만, 박강대를 통과하는 자속의 비율이 감소 한다.

따라서, 자극 사이 거리(W)에는 일정한 최적 범위가 존재한다. 그리고, 이 최적 범위는 각 자극에서 박강대까지의 거리(L)에 의해 좌우된다. 즉 거리(L)가 큰 경우는 상기 최적 범위는 자극 사이거리 (w)의 기여가 많고, 거리(L)가 작은 경우는 상기 최적범위는 거리(L)의 기여가 많다.

발명자는 이 자극사이 거리(W)와 거리(L)와의 관계를 실험적으로 구하고, 자극사이거리(W)가 거리(L)에 대해 2배에서 8배의 범위(2LW8L)이면 박강대를 지나는 자속의 자속밀도가 높고 충분히 실용에 견디는 레벨로 되는 것을 확인했다.

따라서, 상술한 바와같이 중공롤의 두께에 제약으로, 예를들어 거리(L)를 작게 설정할 수 없었다 해도 자극 사이 거리(W)를 상기 관계로 설정함으로써, 자기센서의 검출감도를 최대한으로 설정할 수 있으며, 결함검출정밀도를 향상할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는, 자기센서의 박강대의 주행 방향 위치가 자극 사이의 중앙 위치에서 주행방향측으로 박강대의 잔류자화 특성으로 정해지는 미소한 거리만큼 이동한 위치에 설정되어 있다.

전혀 결함이 존재하지 않는 박강대를 자화기의 각 자극에 대향 배치하여 자화코일을 직류 여자한다. 그리고, 이 상태에서, 자기센서의 주행방향 위치를 변화시킨 경우의 자기센서에서 검출되는 자계는 각 자극 위치에서 최대, 최소로 되며, 자극 사이거리(W)의 중앙위치에서 0레벨라인을 횡단하는 부유자속에 기인하는 수직자계 분포특성으로 된다. 따라서, 이 수직자계분포특성이 0레벨라인을 횡단하는 자극 사이거리(W)를 중앙위치에 자기센서를 설정하면, 상기 부유자속의 영향을 제거할수 있다.

그러나, 실제의 자기탐상 장치에 있어서는 박강대는 일정속도에서 한쪽방향으로 주행하고 있다. 이때 박강대는 자화기에 의해 자화되고, 이 자화강도와 박강대의 보자력(保磁力)에 대응한 자속이 박강대에 잔류한다. 그 결과, 수직자계분포특성이 0라인을 횡단하는 위치가 반드시, 자극 사이거킥(w)의 중앙위치라고는 한하지 않고 주행 방향측으로 이동한다.

즉, 박강대가 주행상태에 있어서는 자극 사이거리(W)의 중앙위치가 수직자계분포특성이 0 레벨이 되지 않는다. 그리고,0 레벨위치가 자극사이거리(W)의 중앙위치에서 주행방향으로 이동한다. 따라서 중앙위치에는 부유자속밀도가 존재한다.

따라서, 본 발명에 있어서는 이 이동한 0레벨위치에 자기센서가 이동하고 있다. 그 결과, 이 자기센서는 부유자속을 검출하는 일은 없다. 따라서,자기센서의 검출감도를 용이하게 상승할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는 자화기 또는 자기센서를 수납한 1 쌍의중공롤을 박강대에 끼우도록 배설하고 있다.

따라서, 예를들면 박강대의 자중(自重)이나 장력이 직접 인가되는 쪽의 중공롤의 두께를 두껍게 하고 박강대의 자중이나 장력이 직접 인가되지 않는쪽의 중공로의 두께를 얇게 한다. 그리고.이 얇은 쪽의 중공롤내에 자기센서를 수납함으로써 리프트오프를 짧게 할수 있으며, 결함검출감도를 상승할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는 박강대의 내부 또는 표면의 결함에기인하여 생기는 누설자속을 검출하는 자기 검출회로는 강자성체 코언에 검출코일을 권장하여 구성하는 과포화형의 자기센서와. 이 자기센서의 검출코일에 고정 임피던스를 통하여 교류전류를 공급하여 과포화 영역까지 여자 하는 여자전력 공급수단과, 상가 검출코일의 양쪽끝에 발생하는 전압의 플러스측 전압 및 마이너스측 전압을 검출하는 전압검출 수단과, 이 전압검출 수단으로 검출된 플러스측 전압과 마이너스측 전압을 가산하여, 이 가산치를 상기 누설자속에 대응하는 측정치로 하는 연산수단으로 구성되어 있다.

일반적으로, 강자성체 코어에 검출 코일을 권장하여 구성하는 과포화형의 자기센서는 자기 다이오드나 자기저항소자나 홀소자를 사용한 자기센서에 비교하여 검출감도나 온도특성에 있어서 특별히 뛰어난 특성을 가진다.

또, 제2목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서는 1 쌍의 중공롤이 박강대의 상면 및 하면에 각각 접하도록 배설되어 있다. 그리고, 한쪽의 중공롤 내에 자화기가 배설되고, 양쪽의 중공롤내에 박강대의 내부 또는 표면의 결함에 기인하여 생기는 누설자속을 검출하는 자기센서가 배설되어 있다. 데이터 처리장치는, 이 1쌍의 자기센서로 검출된 각 누설자속치에서 결함의 박강대의 두께방향의 결함발생 위치와 결함 규모를 산출한다.

1쌍의 중공롤은 강대의 상면 또는 하면에 각각 접촉하고 있으므로 각 자기센서와 강대의 상면 또는 하면까지의 거리는 일정하게 유지된다. 그리고,강대 내부에는 자화기에 자계가 발생되어 있으므로, 결함이 존재하면, 각 자기센서는 각각 결함에 대응하는 누설자속을 검출한다. 각 자기센서로 검출되는 누설자속치는 결함규모와 결합까지의 거리, 즉 해당 자기샌서측의 표면에서의 각 깊이와의 함수로 표시할 수가 있다. 따라서, 이 2채의 항수를 연립방정식으로 하면 결함규모와 결함위치가 산출된다.

이하 본 발명의 1실시 예를 도면을 이용하여 설명한다.

제1도 및 제2도는 실시예의 박강대의 자기 탐상장치의 개략구성을 나타내는 단 신이다. 또한, 제3도 및 제32도에 도시된 종래 장치와 동일부분에는 동일 부호가 붙어 있다. 따라서, 중복하는 부분의 상세한 설명은 생략되어 있다.

비자성 재료로 형성된 중공롤(la) 의 중심축에 고정축(2)의 한쪽끝이 관똥되어 있 다. 중공롤(la)의 양구의 내주면이 1쌍의 구름베어링(3a,3b)에 의해 고정축(2)에 회전가능하게 지지되어 있다. 따라서, 이 중공롤(la)은 고정축(2)을 회전중심축으로하여 자유롭게 회전 한다.

상기 중공롤(la)에 있어서, 제2도에 도시하는 바와같이 구름베어링(3a.3b) 이 부착되어 있는 양끝부의 두께(t₀)가 두껍고, 박강대(10)가 접촉하는 중앙부의 두께(t₁)가 얇게 설정되어 있다. 이, 실시예에서는, 양끝부의 두께(t₀)가 6-l0mm로 설정되고, 중앙부의 두께(t₁)가 1-4mm로 설정되어 있다.

이 중공롤(la)내에 있어서, 대략 ㄷ자 단면형상을 가진 자화철심(4c)이 각 자극(4a,4b)이 중공롤(la)의 내주면에 근접하는 자세로, 지지부재(5)를 통하여 고정축(2)에 고정되어 있다. 각 자극(4a,4b)의 선단은 중공롤(1a)의 내주면의 곡률에 대응하여 원호형상으로 형성되어 있다. 그리고, 자화철심(4c)에 자화코일(6)이 권장되어 있다. 또, 자화철심(4c)의 자극(4a.4b)의 사이에 복수의 자기센서(7)가 축방향으로 배열되어 있다. 그리고 각 자기센서(7)는 고정축(2)에 고정되어 있다. 그래서, 자화철심(4c)및 자화코일(6)은 중공롤(la)을 통하여 박강대(10)내에 자계를 발생시키는 자화기(4)구성한다. 또한, 각 자기센서(7)는 특개평1-308982호 공보에 기재된 과포화형의 자 기센서를 사용하고 있다.

자화코일(6)에 여자전류를 공급하기 위한 전원케이블(8) 및 각 자기셴서(7)에서 출력되는 각 검출신호를 꺼내기 위한 신호케이블(9)이 고정축(2)내를 경유하여 외부로 도출되어 있다. 따라서, 자화철심(4c) 및 각 자기센서(7)의 위치는 고정되고, 중공롤(la)이 자화철심(4c) 및 각 자기센서(7)의 바깥둘레를 미소한 간증을 가지고 회전한다.

그리고, 자화기(4)에 있어서 자극(4a,4b)사이의 거리로 나타나게 되는 자극사이 거리(자기갭 간격)(W)는 각 자극(4a,4b)과 박강대(10)까지의 거리(L)에 대하여 2배 이상이며 또한 8배 이하로 설정 되어 있다(2LW8L).

또, 각 자기센서(7)의 박강대(10)의 주행 방향위치는 각 자극(4a,4b)의 거의 증간위치에 설정되어 있다. 또 각 자기센서(7)와 박강대(10)와의 사이의 리프트 오프( ℓ )는 이 실시예에 있어서는 3mm로 설정되어 있다.

이와같은 구성의 자기 탐상장치의 중공롤(la)의 바깥둘레면을 예를들면 화살표 A방향으로 주행상태의 박강대(10)의 한쪽면에 소정 압력으로서 누르면, 고정축(2)은 건옥의 프레임에 고정되어 있으므로, 중공롤(la)이 화살표 B방향으로 회전한다.

그리고, 도시하지 않은 외부의 자화 전원장치에서 여자코일(6)에 여자전류를 공급하면, 자화철심(4c)의 각자극(4a,4b)과 주행중의 박강대(10)로 닫혀진 자로가 형성된다. 박강대(10)의 내부 혹은 표면에 결함이 존재하면, 박강대(10)의 자로가 뒤죽박죽되고, 누설자속이 생긴다. 이 누설자속이 해당 위치의 자기센서(7)로써 결함 신호로하여 검출된다.

검출된 결함신호는 그 신호 레벨이 박강대(10) 내부 또는 표면의 결함의 크기와 대응하므로, 결함 신호의 신호 레벨변화로서 박강대(10)의 내부 또는 표면의 결함의 존재와 그 크기를 판정할 수가 있다.

다음으로, 상술한 바와같이, 자화기(4)의 각 자극(4a,4b)의 자극 사이거리(W)를 박강대(10)까지의 거리(L)에 대하여 2배 이상이고 또한 8배 이하로 설정하는 근거로되는 실험 결과를 설명한다.

제3도는 이간한 자극(32a.32b)을 가지는 자화결심(32)에 자화코일(33)을 권장하여 이루어지는 자화기(31)에 거러(L)만큼 이간하여 박강대(10a)를 배설하여 이 박강대(10a)의 반대측 위치에 거리(d)만큼 떨어져 자기센서(7a)를 배설하고 있다. 또한, 이 자기센서(7a)의 위치는 자극사이거리(W)의 중심위치이다. 그리고 자기센서(7a)는 자화기(31)에서 생성되는 자계의 자속 가운데 박강대( 10a)내를 통과하는 자속의 자속밀도를 간접적으로 검출한다. 또한, 자극사이 거리(W)만이 다른 복수종류의 자화기(31)가 준비되어 있다. 또, 박강대(10a)와 자화기(31)와의 사이의 거리(L)도 임의로 변경 가능하다.

이와같은 실험장치에 있어서, 자기센서(7a)를 그 축이 박강대(10a)에 직교하는 방향으로 배설하여 박강대(10a)에 형성된 바깥지름0.2mm~0.9mm의 4종류의 표준결함에 기인하는 각 누설자계의 수직성분을 측정했다. 또, 자기 센서(7a)를 그 축이 박강대(10a)에 평행하는 방향으로, 배설하여, 동일 조건에서 누설자계의 수직 성분을 측정했다. 측정 결과를 제33도에 도시한다. 신호파형(a)이 자계의 수평 성분이며, 신호파형(b)이 자계의 수직 성분이다.

또한, 자화기의 각 자극과 수평자계분포 특성(F)과 수직 자계분포 특성(D)과의 위치 관계가 제9도에 도시되어 있다 도시한 바와같이, 수평자계 분포특성(F)은 대략 산모양 형상으로 되며, 수직자계분포 특성(D)은 중앙위치에서 0라인을 횡단하는 대략 정현파형으로 된다.

또, 자화기(31)와 박강대(10a)와의 거리(L)는 3.5mm. 자극사이 거리(W)는 2Omm. 자기센서(7a)와 박강대(10a)와의 거리(d)는 3mm이다.

그리고, 각 자기센서(7a)로 검출된 자계의 수직성분과 수평성분의 각 상대 출력의 관계를 제34도에 나타낸다. 이 특성에서 이해할 수 있듯 이, 자세의 수평 성분과 수직성분과는 플러스의 상관관계를 가진다.

이와같은 지견에 기인하여, 이후의 실시예에 있어서는 특별히 예고하지 않는 한, 수직 성분형의 자기센서를 사용한 경우에 대해 설명한다.

또한 제33도에 도시한 바와같이, 수평 성분 검출형의 자기센서의 검출감도가 수직성분 검출형의 자기센서의 점출 감도보다 높다.

그러나, 수평 성분 검출형의 자기센서를 이용한 경우에는 박강대(10a)등의 피검체에서의 자기노이즈에서 결함 신호를 추출하기 위해 별도의 하이패스 필터를, 형성할 필요가 있으며 회로구성이 복잡하게 된다.

다음으로, 거리(L)를 예를들면 3mm의 일정치로 고정한 상태에서 자화기(31)의 자극사이 거리(W)를 예를들면 5mm에서 25mm까지 변경하고 있던 경우의 자기센서(7a)의 출력 전압을 측정했다. 박강대(10a)내에 결함이 존재하지 않으면, 누설자속은 박강대(10a)내의 자속밀도에 비례하므로, 자기센서(7a)로서 박강대(10a)내의 자속밀도가 측정된다. 그 측정결과가 제4도에 도시되어 있다. 또한, 실험에있어서는, 자화코일(33)에 공급하는 자화전류를 0A에서 정격의 5A까지 서서히 증가하고 있다.

제4도에 도시한 바와같이, 자화전류가 커지면 자극사이 거리(w)의 값에 따라, 박강대(10)내를 지나는 자속의 자속밀도가 변화하는 것을 이해할 수 있다. 즉, 예를들면 W=5mm의 조건등과 같이 자극사이 거리(W)가 거리(L)에 대하시 너무나도 작은 영역에서는 자속밀도가 작다. 또, 반대로, 예를들면 W=25mm의 조건등과 같이, 자극사이 거리(W)가 거리(L)에 대하여 너무나도 큰 영역에서도 자속밀도가 작아진다. 이와같은 경향은, 현실로 측정을 행한 0.5mmL8.Omm의 실측 범위에서 관측할수 있었다.

따라서, 자극 사이거리(W)와 거리(L)와의 비(W/L)를 횡축으로 하고, 종축에 상기 자기센서(7a)의 상대출력을 잡으면, 제5도에 도시하는 특성을 얻을 수 있다. 즉, 이 도면에서는 각 거리(L)의 실측범위(0.5mmL8.Omm)내에서 자극 사이거리(H)를 조절하여 각 거리(L)에 있어서 최대 출력치가 거리(L)에서 규격화된 각 자극사이 거리(W)에 대하여 나타낸다.

일반적으로, 측정기기의 특성은[-3dB]를 기준으로 하여 평가된다. 그 상태에서, 제5도에서, 상대 출력이 70% 이상의 경우이면 그 출력은 충분히 실용에 견딘다고 생각한다. 따라서, 상기 비(W/L)가 2이상이고 또한 8 이하의 범위가 최적범위 이다.

제6도는 상술한 조건(2LW8L)을 만족한 이상, 제1도 및 제2도에 도시하는 실계의 장치에서, 자화기(4)와 박강대(10)와의 사이의 거리(L)를 1mm에서 5mm까지 변화시키고 있던 경우에서 각 자기센서(7)로 검출된 결함신호의 파형도이다. 단, 이 파형도는 자계의 수직성분을 미분하여 출력한 신호파형이다. 또, 실험은. 0.9mm, 0.6nm, 0.3mm의 미리 핀흘 바깥지름이 정해져 있는 3나무류의 시험용 결함을 가진 박강대(10)를 이용하여 실시했다.

당연히 거리(L)가 커지면 검출된 결함신호 전체의 신호 레벨은 저하 하지만, 얻어진 결함신호의 S/N이 상승하고 있으므로, 증폭기를 이용하여 개인(이득)을 증대하면, 0.3mm등의 작은 결함이라도 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또, 제2도에 도시한 바와같이, 중공롤(1a)의 두께(t)를 구름베어링(3a,3b)이 부착되어 있는 양끝부에서 두껍고, 박강대(10)가 접촉하는 중앙부에서 얇게 설정되어 있다. 상술한 바와같이, 종공를(1b)의 두께(t)는 얇은 편이 바람직하지만, 과도하게 얇게 하면 중공롤(la)의 강도가 저하하는 문제가 있다. 이 강도를 보완할 목적으로, 구름베어링(3a,3b)가 부착되는 양끝부의 두께(t₀)를 박강대(10)가 맞붙는 중앙부의 두께(t₁) 보다 두껍게 설정함으로써 중공롤(1a) 전체의 두께(t)를 얇게 하는 젓에 의한 강도저하를 어느정도 보상할 수 있다.

따라서, 자기센서(7)와 박강대(10)와의 사이의 거리로 나타나게 되는 리프트 오브( ℓ )를 짧게 설정할 수 있으므로 자기센서(7)의 검출감도를 상승할 수 있다.

제7도는 본 발명의 다른 실시예의 박강대의 자기탐상장치의 개략 구성을 나타내는 단면이다. 또한, 제31도 및 제1도에 도시된 자기탐상장치와 동일 부분에는 동일 부호가 붙여져 있다. 따라서, 증복하는 부분의 상세한 설명은 생략되어 있다.

이 실시예의 자기탕상 장치에서는, 중공롤(1)내의 고정축(2)에 부착된 각 자기센서(11)의 박강대(10)의 주행방향 위치는 각 자극(4a,4b)의 중앙 위치(P)에서 박강대(10)의 주행방향으로 미소한 거리(△X₀)만큼 떨어진 위치에 설정되어 있다. 또한, 이 실시예에서는 1mm로 설정되어 있다. 또 자 화기(4)의 자극 사이거리(W)는 56mm로 설정 되고, 각 자기센서(11)와 박강대(10)와의 사이의 리프트오프( ℓ )는 3mm로 설정되어 있다.

다음으로 상술한 바와같이, 자기센서(11)를 자극(4a.4b) 사이의 중앙위치(P)에서 미소한 거리(△X₀) 만큼 박강대(10) 의 주 행방향측으로 이동시켜서 부하한 근거 및 효과를 제8도 내지 제12도를 이용하여 설명한다.

전혀 결함이 존재하지 않는 박강대(10)를 자극(4a,4b)에 대해 정지시킨 상태에서 부유자속의 수직자계분포 특성(D)이 제9도에 도시되어 있다. 박강대(10)는 일정속도에서 한쪽방향으로 주행하고 있으므로, 박강대(10)의 보자력에 대응한 자속이 박강대(10)에 잔류한다. 그 결과, 수직 자계분포 특성(D)의 0라인을 횡단하는 위치가 반드시, 자극 사이거리(W)의 중앙 위치라고는 한하지 않고, 주행방향측으로 이동한다.

전혀 결함이 존재하지 않는 라강대(10)를 일정속도에서 자극(4a,4b)의 대향 위치를 주행시킨 상태에서 여자 전류치와 자기센서(7)의 검출 전압과의 관세를 나타낸 실측치가 제10도에 도시되어 있 다. 이 제10도에서 여자전류가 증대하면 검출되는 부유자속이 증대하는 것을 이해할 수 있다.

제 8도는 제7도의 요부를 꺼내어 나타내는 모식도이다. 전혀 결함이 존재하지 않는 박강대(10)를 각자극(4a,4b)에 대향 배치한 경우의 수직자계 분포 특성(G)과, 동일의 박강대(10)를 화살표 A방향으로 주행시킨 경우에 있어서 수직자계분포 특성(E)과의 사이에 일정한 이동량이 생긴다. 그리고, 이 이동량은 거의 박강대(10)의 잔류자화특성으로 정해진다. 이 수직재계분포 특성(E)이 0레벨로 되는 주행방향 위치에 각 자기센서(11)가 부착되어 있다. 즉, 이 이동량이 상술한 미소한 거리(△X₀)로 된다. 따라서 자기센서(11)의 부착위치에서 부유자속은 발생하지 않는다.

자기센서(11)의 검출전압에 부유자속의 성분이 혼입되지 않으면 자기센서(11)의 검출감도를 상승하는 일은없다. 따라서, 예를들어 소규모인 결함이라도 이 결합에 기인하는 누설자속을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

제11도는 실시예와 같이 자기센서(11)를 중앙위치(P)에서 전혀 결함이 존재하지 않는 박강대(10)의 주행방향 또는 역방향으로 각각 1mm만큼 이동시킨 위치에 부착한 경우에 있어서, 자화코일(6)에 인가하는 자화전류와 자기센서(11)의 검출 전압과의 관계를 나타내는 실측치의 그래프이 다. 실선으로 나타내는 특성이 자기센서(11)를 주행방향으로 비켰을 경우의 실측치이며, 파선으로 나타내는 특성이 자기 센서(11)를 역방향으로 비켰을 경우의 실측치이다. 또한 자극사이 거리(W)는 56mm이다.

이 실험결과에서 분명한 바와같이 자기센서(11)를 주행방향으로 비켰을 경우에 있어서 자기센서 (11)로 검출된 부유자속에 의한 수직자계는 역방향으로 비켰을 경우에 의한 수직자계에 비교하여 매우 작다. 또 제10도에 도시한 자기센서(7)를 중앙위치(P)에 설정한 경우에 검출되는 수직자계에 대해서도 대폭으로 저감되어 있다.

즉, 자기센서(11)를 박강대(10)의 주행방향으로 비킴에 따라, 자기센서(11)로 검출는 부유자계가 대폭으로 저감된다.

또한 제12도는 인공적으로 0.6mm 지름의 관통구멍으로 이루어지는 결함을 인공적으로 형성한 박강대(10)에 대한 결함 검출 결과를 나타내는 도면이다. 그리고, 이 실험에서는 자기센서(11)의 설치위치를 실선으로 나타내는 주행방향으로 이동시키고 있던 경우와, 파선으로 나타내는 역방향으로 이동시키고 있던 경우를 나타낸다.

도시한 바와같이, 자기센서(11)를 주행방향으로 일정 거리만큼 이동시킨 조건으로 최량의 검출 감도를 확보할 수 있었다.

또, 자기센서(11)의 박강대(10)의 이동방향(X방향)에서 부하위치가 다소 어긋났다해도 인구 결합의 검출감도의 변동이 작다. 이와같이, 자기센서(11)의 부착이 용이하게 된다. 즉, 실시예 장치에 서는 부착위치의 허용범위는 X=1±0.5mm이다.

제13도 및 제14도는 본 발명의 다른 실시예의 박강대의 자기탐상 장치의 개략 구성을 나타내는 단면이다. 또한, 제31도, 제32도 및 제1도에 도시된 자기탐상 장치와 동일 부분에는 동일 부호가 붙어있다. 따라서, 중복하는 부분의 상세한 설명은 생략되어 있다.

이 실시예의 자기탐상 장치에서는 박강대(10)를 끼워서 상하로 1쌍의 중공롤(1,1b)이 배설되어 있다. 각 중공롤(1,1b)은 비자성 재료로 형성되어 있다. 그리고, 바깥지름은 서로 같게 설정되어 있으나, 상측 증공롤(1b)의 두께(t₃)가 하측 중공롤(1)의 두께(t₁)보다 얇게 설정되어 있다. 각 중공롤(1,1b)의 각 중심축에 각각 중공의 고정축(2,2a)의 한쪽끝이 관통되어 있다. 하측 중공롤(1)의 고정축(2)의 다른쪽끝은 도시하지 않은 건옥의 프레임에 고정되어 있다. 한편, 상측 중공룰(1b)의 고정축(2a)의 다른쪽끝은 하측 중공롤(1)의 고정축(2)에 대하여 도시하지 않은 매우 약한 스프링으로 부세되어 있다. 각 고정축(2,2a)은 각 중공롤(1,1b)의 각 증심축에 위치하도록 각각 1쌍의 구름베어링(3a,3b)을 통하여 각 중공롤(1,1b)의 양끝의 내주면에 지지되어 있다. 따라서, 각 중공롤(1.1b)은 고정축(2.2a)을 회전중심축으로 하여 자유롭게 회전한다. 그리고, 박강대(10)가 화살표 A방향으로 주행하면, 각 중공롤(1,1b)은 각각 화살표 B방향 및 화살표 C방향으로 회전한다.

상기 중공롤(1b) 내에서, 복수의 자기센서(7b)가 아래쪽을 향하는 자세로 고정축(2a)에 지지부재를 통하여 고정되어 있다. 그리고 각 자기센서(7b)의 선단은 상측 중공롤(1b)의 내주면에 미소한 간격을 가지고 대향하고 있다. 이 각 자기센서(7b)의 출력 신호는 고정축(2a)의 내부를 경유한 신호선 케이블(9a)로서 외부로 도출된다. 한편, 하측 중공롤(1)내에서 자화철심(4)의 각 자극(4a,4b)이 위쪽을 향하는 자세로, 자화기(4)가 고정축(2)에 고정되어 있다. 자화코일(6)의 여자전류는 고정축(2)내를 경유한 전원케이블(8)을 통하여 공급된다.

또한 중공롤(1)내의 자화기(4)의 자극 사이거리(W)와 자화기(4)와 박강대(10)와의 사이의 거리(L)와의 관계는 앞의 실시예와 같이 일정한 관계( 2LW8L)를 유지하고 있다.

이와같은 자기탐상 장치에서는, 상측의 중공롤(1b)에는 박강대(10)의 중력이나 장력이 직접 인가되지 않으므로, 하측의 중공롤(1)의 두께(t₁)에 비교하여, 상측의 중공롤(1b)의 두께(t₃)를 얇게 설정할 수 있다. 따라서, 자기센서(7b)와 박강대(10)와의 사이의 리프트 오프(R)를 더욱 짧게 설정 함으로써 자기센서(7b)의 검출 감도를 더욱 향상할 수 있 다.

또 박강대(10)는 상하의 중공롤(1b,1)에 의해 끼워져 있으므로 주해에 따라 생기는 진동이 억세된다. 그 결과 리프트 오프( ℓ )의 변동이 작아지며, 결함의 검출 정밀도가 향상된다.

제15도 및 제16도는 본 발명의 다른 실시예의 박강대의 자기탐상 장치의 개략 구성을 나타내는 단면이다. 또한 제13도 및 제14도에 도시된 자기탐상 장치와 동일 부분에는 동일 부호가 붙여 있다. 따라서 중복하는 부분의 상세한 설명은 생략되어 있다.

이 실시 예에서는 하측의 중공롤(1)내에도 상측의 중공롤(1b)내에 수납된 자기센서(7b)와 동일구성의 자기센서(7)가 자화기(4)의 자극 사이에 배설되어 있다.

또 제17도는 자기탐상 장치 전체의 시스템을 나타내는 도면이다. 공급릴(12)에서 계속 투입되는 박강대(10)는 전방 누름를(13a,13b)을 통하여 1쌍의 중공롤(1,1b)로 인도되고, 이 중공롤(1,1b)의 사이를 경유하고 후방 누름롤(14a,14b)을 지나 감기롤(5)에 일정속도로 감겨진다. 하측 중공롤(1)에는 전원 케이블(8)을 통하여 자화전원 장치(16)가 접속되어 있다. 각 중공롤(1,1b)에는 신호케이블(9,9a)을 통하여 각 신호처리 회로(17a,17)가 접속되어 있다. 각 신호처리 회로(17,17a)로부터 출력된 각 결함신호(y₁,y₂)는 데이터처리장치(18)로 입력된다. 데이더 처리장치(18)는 입력된 각 결함신호(y₁,y₂) 를 이용하여 결함규모(a)와 결함발생 위치(X_l)를 산출한다. 산출된 결함규모(a) 및 결함 발생위치(X_l)는 예를들면 CRT 표시관을 이용한 표시장치(19)에 표시된다.

다음으로, 이 자기탐상장치를 이용하여 박강대(10)의 두께 방향의 결함 발생위치(X₁)와 결함규모(a)를 산출하는 순서를 설명한다.

1쌍의 중공롤(1b,1)은 박강대(10)의 표면 및 이면에 각각 접촉하고 있으므로 각 자기센서(7b,7)와 박강대(10)의 표면 및 이면까지의 거리는 일정하게 유지된다. 따라서, 결함이 존재했을 경우에 각 자기센서(7b,7)로 검출되는 누설자속치(Y_l, Y₂)는 (1)(2)식에 나타낸 바와같이, 결함규모(a)와 결함까지의 거리, 즉 해당 자기센서측의 표면에서의 각 깊이(X₁,X₂)와의 함수로 표시할 수가 있다.

Yl = Fl (Xl, a) ‥‥‥(1)

Y2 = F2 (X2, a) ‥‥‥(2)

이 각 함수(Fl,F2)는 예를들면 제18도에 도시한 바와같이, 예를들면 지수 감소 곡선으로 근사할 수 있다. 거기서 실시예에 있어서는(1)(2)식을 다음의(3)(4)식에 나타낸 바와같이 지수함수로 근사하여 있다.

Yl = Cll exp [012X1+a] ‥‥‥(3)

Y2 = C2l exp [C22X2+a] ‥‥‥(4)

단, Cll, Cl2, C2l, C22는 미리 실험적으로 구해지고 있는 정수이다.

또 강대의 두께(T)는 미리 정해져 있으므로

T= X1+X2 ‥‥‥(5)

이다. 따라서, (3)(4)(5)의 연립 방정식을 풀음에 따라 결함규모(a)와 결함위치(X₁)가 구해진다.

제19도는 결함위치(Xl) 및 결함규모(a)를 산출하는 과정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 결함규모(a)가 a=a3, a=a2, a=a1으로 변화하면, 결함신호(y₂)의 특성은 우방향으로 평행 이동한다.

또, 결함규모(a)가 a=a3, a=a2, a=al으로 변화하면, 결함신호(y₂)의 특성은 좌방향으로 평행이동 한다.

따라서, 측정된 신호치(Y₁)에 대응하는 특정상의 점은 bl, b2, b3로 된다. 마찬가지로 측정된 신호치(Y₂)에 대응하는 특성장의 점은 C_l, C₂, C₃,으로 된다. 따라서, 결함규모(a)가 서로 같고 또 각각 동시에 각 신호치(Y₁,Y₂)를 만족하는 점은 b2, c2로 된다. 따라서, 이 b2, c2점에 대응하는 위치(X₁)와 결함 발생 위치로 되며 그때의 결함규모(a₂)가 해당 결함의 결함규모(a)로 된다.

이와같이 구성된 박강대의 자기 탐상장치에 의하면, 탐상 대상으로서의 박강대(10)를 끼워서 대향배 치된 1쌍의 중공롤(1b,1)내에 배설된 각 자기센서(7b,7)로 검출된 박강대(10)의 각 결함신호(y₁,y₂)에서 간단한 계산식으로써 박강대(10)의 표면 및 내부에 존재하는 결함의 위치(X₁)와 결 함규모(a)를 정확하게 파악할 수 있다.

따라서 결함발생 위치(X₁)와 그규모(a)가 정화하게 파악할 수 있으므로, 결합의 종류도 거의 정확하게 파악할 수 있다. 이 자기탐사 장치에서 파악할 수 있는 결함의 종류로서, 예를들면 현존(顯存) 가우지(gouge), 잠재가우지, 용접부, 블로흘(blow hole), 구멍, 에지텅그흠, 에지 조각홈, 트리머흠 등이 있다.

이와같이 결함의 발생위치 결함규모 결함종류 등이 정화하게 파악되므로 이 자기탐상장치를 공장의 검사라인에 조립한 경우에 있어서 이들의 검사 데이터를 품질 개량대책의 중요한 정보로할 수가 있다.

또 각 자기센서(7b,7)를 각각 증공롤(1b,1)내에 수납되어 있다. 그리고 각 중공롤(1b.1)은 항시 박강대(10)의 상면 및 하면에 일정한 부세력으로 눌러져 있다. 따라서, 각 자기센서(7b,7)와 박강대(10)의 상면 및 하면과의 사이의 거리를 항시 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 예를들면 박강대(10)가 주행과정에서 상하로 진동했다고 해도 상기 거리는 일정치로 유지되므로 결함측정 정밀도가 더욱 향상한다.

제20도는 실시예 장치에서 측정된 실제의 결함의 결함 규모와, 이 실측된 결함을 절단등에 의해 실제로 해부하여 관측자가 육안에 의해 결함 규모를 A~E의 5단계로 평가한 결과와의 대응을 나타내는 도면이다. 측정된 결함 규모는 육안 평가와 좋은 대응을 나타내고 있는 것을 이해할 수 있다.

또한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다 실시예의 데이터 처리장치(18) 내에서는 각신호치(Y₁,Y₂)에서 결함발생 신호(X₁)와 결함규모(a)를 산출하는 수단으로 하여, 결함 신호(y₁,y₂)를 (3)(4) 식에 나타낸 바와같은 지수 함수 근사수법이 이용되었다.

그러나 간단한 함수 근사할 수 없는 경우는 미리 결함위치와 결함 규모가 기지(旣知)의 다수의 표준 결항시료를 이용하여 그 표준 결함시료를 측정한다. 그리고 얻어진 각 자기센서(7b,7)의 각 신호치(Y₁,Y₂)와 상기 결함위치(X₁)와 결합규모(a)와의 관계를 제21도에 도시한 바와같이 테이블의 형태로 기억하는 것이 가능하다. 그리고 실제의 박강대(10)를 측정하여 얻어진 각 측정치(Y₁,Y₂)로써 제21도의 테이블을 검색하여 각 측정치(Y₁,Y₂)의 편성이 가장가까운 데이터에 대응하는 결함위치와 결함 규모를 판독하여 이 판독한 결함 위치와 결 함규모를 측정 결과로 하면 좋다.

다음으로 증공롤 내에 수납된 자화기(4)로써 자화된 박강대(10)의 내부 또는 표면에 기인하여 생기는 누설 자속을 과포화형의 자기센서를 이용하여 검출하는 경우의 자기 검출 회로를 설명한다.

제22도는 자기 검출 회로의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

과포화형의 자기센서(7)는 막대기 형상으로 형성된 강자성체 코어(21)와 이 강자성체 코어(21)에 권장된 검출코일(22)로 구성되어 있다. 펄스 전압 발생기(23)는 제23도에 도시한 바와같은 일정한 간격으로 플러스 마이너스의 펄스 전압을 출력한다. 출력 펼스 전압 발생기(21)의 출력 단자에는 고정 임피던스인 저항(24)을 통하여 과포화형의 자기센서(7)의 검출코일(22)의 한쪽끝에 접속되어 있다. 검출코일(22)의 다른쪽 끝은 접지되어 있다. 펄스 전압발생 회로(23)에서 출력된 펄스전압은 검출코일(22)에 인가된다. 그 결과 강자성체 코어(21)는 과포화 영역까지 자화된다.

검출 코일(22)의 한쪽끝은 플러스 전압 피크검파기(25) 및 마이너스 전압 피크검파기(26)의 입력단자에 접속되어 있다. 각 피크검파기(26,26)는 입혀신호의(+)측의 피크치 (Vl) 및 (-)측의 퍼크치(V2)를 검출 한다. 각 퍼크검파기(25,26)로 얻어진 각 피크치(Vl - V2)는 다음의 가산기(27)에 입력된다. 가산기(27)는 각 피크치(V₁,-V₂)를 가산하여 출력전압(V₀)을 출력한다.

다음으로 동작원리를 제24도 내지 제28도를 이용하여 설명한다.

제24도에 도시한 바와같은 교류전압 파형을 가지는 교류전력을 저항(24)을 통하여 자기센서(7)의 검출코일(22)에 인가한다. 그러면 검출 코일(22)의 양끝에 발생하는 전압(e₀)은 저항(24)의 저항치 (R)와 검출코일(22)의 임피던스(Zs)에 대응하여 결정된다.

즉,

e0 = e Zs/ (R+Zs) ‥‥‥(6)

으로 나타나게 된다. 또한 e는 인가하는 전압치이다.

그리고 검출 코일(22)은 강자성체 코어(21)에 권장되어 있으므로 임피던스(Zs)는 강자성체 코어(21)의 투자율(透磁率)에 비례하여 변화 한다.

지금 외부자계를 자기센서(7)에 가하지 않은 상태에서 검출코일(22)에 교류전류를 흐르게 했다고 하면 제2?도에 도시한 바와같이 강자성체 코어(21)의 히스테리시스특성에 따라 강자성체 코어(21)의 투자율 특성이 변화한다. 또한 n은 코일 감은수 i는 코일 전류이다.

이와같이 검출코일(22)의 양끝에 발생하는 출력전압은 제25도에 도시한 바와같은 파형으로 된다. 그리고 외부자계를 가해지지 않는 상태에서는 파형은 플러스 마이너스 대칭파형으로 되며, 플러스 방향의 전압(V_l)과 마이너스 방향의 전압(V₂)은 같아진다.

이 상태에서 외부자계를 가하면 강자성체 코어(21)를 교차하는 자속은 검출코일(22)에서 발생하는 자계와 외부자계와의 합성자속으로 된다. 이와같이 검출코일의 양끝에 발생하는 파형은 제26도에 도시한 바와같이 V_l＞ V₂로 된다.

따라서 검출코일(22)의 양끝에 발생하는 출력전압의 플러스측의 전압(V_l)과 마이너스측의 전압(V₂)을 비교하여 그 차를 구함으로써 간접적으로 외부자계를 계측할 수 있다. 자기 탐상 장치에 있어서는 외부 자계는 결함에 의해 발생하는 누설자속의 강도를 검출할 수 있다.

이와 같은 과포화형의 자기센서(7)를 이용함으로써 제28도에 도시한 바와같이 0~10 가우스(gauss)라는 미소한 자속밀도에 대하여 0∼500mV라는 출력전압(Vo)을 얻는 것이 가능하다.

제22도에 도시하는 실시예의 자기검출회로에 있어서는 자기센서(7)에 인가하는 교류전력을 제23도에 도시한 바와같은 플러스 마이너스의 펄스 전압파 파형을 가진다.

이와같이 자기센서(7)의 검출코일(22)에 대하여 펄스 전압을 공급하고 있으므로, 제24도에 도시하는 통상의 교류전력을 공급하는 공급하는 경우에 비해 소비전력은 적어지며 전력 절약화를 도모할 수가 있다.

예를들면 펄스전압의 펄스폭과 펄스 주기와의 비를 10∼100으로 설정하면, 자기센서(7)에 공급하는 평균전력을 1/10∼1/100 정도로 억제할 수가 있다. 그 결과 자기탐상 장치의 동력원으로서 배터리를 사용하는 것이 층분히 가능하게 된다.

또 검출 코일(22)의 양끝에 발생하는 전압의 피크치를 검출하도록 하고 있으므로 상술한 펄스폭과 펄스 주기와의 비를 2∼100이라는 넓은 폭으로 변화시켜도 미소한 자속의 검출 감도의 상대감도는 거의 변화하지 않는다.

또 소비전력이 작기 때문에 다수의 자기센서(7)를 박강대(10)의 폭 방향으로 배설한 자기탐상 장치에서도 소비전력이 대폭으로 증대하는 일은 없다.

제29도는 다른 실시예의 자기검출회로의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

이 실시예의 자기검출회로에서는 제22도의 회로에 자기센서(7)에 인가하는 펄스 전압에 직류 바이어스 전압을 가산하는 바이어스 회로를 부가하고 있다.

가산기(27)의 출력전압(Vo)은 로우패스 필터(41)에서 직류로 변환된 후 차동증폭기(42)에 입력된다. 차동증폭기(42)는 입력된 출력 전압(Vo)과 기준전압 발생기(43)에서 출력된 기준 전압(Vs)과의 차전압(△V)을 출력한다. 차동증폭기(42)에서 출력된 차전압(△V)은 다음의 직류전원(44)으로 입력된다. 직류전원(41)은 그 차전압(△V)에 비례하는 직류바이어스전압(V_B)을 가산기(45)를 통하여 상기 펄스 전압으로 가산 한다.

다음으로 직류바이어스 전압(V_B)을 펄스 전압으로 가산하는 효과를 설명한다.

제30도는 직류전원(44)에서의 직류 바이어스전류의 같을 0mA, 50mA, 100mA, 160mA, 200mA로 변화시켰을때의 검출코일(22)의 자화 전류와 출력 전압과의 관계를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

예를들면 0mA의 직류 바이어스 전류를 공급한 경우에는 자화전류에 대한 출력 전압의 직선특성의 범위가 0∼2.5A인 것에 대해 검출코일(22)에 100mA의 직류바이어스 전류를 공급하면 직선특성의 범위가 0~4.5A까지 확대 된다. 이와같이 직류 바이어스 전류를 변화함에 따라 측정 스팬을 확대할 수 있으며 결합 검출 정밀도를 향상할 수 있다.

그리고 직류 바이어스 전류가 100mA에서 더욱 확대하면 측정 스팬은 변화하지 않지만 누설자속의 측정 영역이 이동 한다. 이것은 반대로 직류 바이시스 전류의 값을 조정하여 결함이 전혀 존재하지 않는 박강대(10)를 자기탐상했을 경우에 출력전압(Vo)이 항상 0이 되도록 바이어스 전류를 제어하면 좋다.

제29도에 도시하는 자기검출 회로에서는 출력전압(Vo)과 기준 전압(vS)과의 차전압(△V)에 비례하는 바이어스 전압(V_B)이 펼스전압에 가산되므로 결함이 존재하지 않을 경우는 자동적으로 출력전압(Vo)이 0으로 제어된다. 또한 제어루프의 주파수 응답은 낮고 반대로 주행중의 박강대(10)의 결함은 높은 주파수 성분을 가지므로 그 결함은 화실하게 검출 된다.

이와같이 자기 검출회로의 측정범위의 중앙에 동작점이 자동적으로 보정되므로 예를들어 측정 조건이 변화하여도, 항상 양호한 측정범위를 확보할 수 있으며 결함 검출능력을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

Claims (7)

1. 박강대의 주행로에 직교하는 고정축에 회전자유릅게 지지되고 상기 주행로를 주행하는 박강대의 표면에 접함에 따라 회전하는 중공롤과 이 중공롤 내에 배설되고 상기 주행방향으로 이간한 자극을 갖고 상기 박강대 내에 자계를 발생시키는 자화기와 상기 박강대의 내부 또는 표면의 결함에 기인하여 생기는 누설자속을 검출하는 자기센서를 구비한 박강대의 자기 탐상장치에 있어서, 상기 자기센서의 상기 주행방향의 위치가 상기 자극사이의 중앙위치로부터 주행방향측으로 상기 박강대의 잔류자화특성으로 정해지는 미소거리만큼 이동한 위치에 설정된 것을 특징으로 하는 박강대의 자기 탐상장치.
2. 제1항에 있어서 상기 자기센서는 중공롤내에 수납된 것을 특징으로 하는 박강대의 자기탐상장치.
3. 제2항에 있어서 상기 중공롤에 있어서 박강대와 접촉하는 영역의 두께가 비접촉 영역의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 박강대의 자기탐상장치.
4. 제1항에 있어서 상기 자기센서는 강자성체 코어에 검출코일을 권장하여 이루어지는 과포화형의 자기센서이며, 또한 상기 자기센서의 검출코일에 고정임피던스를 통하여 교류전력을 공급하여 과포화 영역까지 여자는 여자전력 공급수단과 상기 검출코일의 양끝에 발생하는 전압의 플러스측 전압 및 마이너스측 전압을 검출하는 전압검출 수단과 이 전압 검출수단으로 검출된 플러스측 전압과 마이너스측 전압을 가산하여 이 가산치를 상기 누설자속에 대응하는 측정치로 하는 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박강대의 자기탐상장치.
5. 제4항에 있어서 상기 여자전력 공급 수단은 상기 검출 코일에 플러스 마이너스의 펄스 전압을 공급하는 펄스 전압 발생기이며 상기 전압 검출 수단은 상기 검출코일의 양끝에 발생하는 전압의 플러스 마이너스의 퍼크치를 검출하는 1쌍의 피크치 검출회로인 것을 특징으로 하는 박강대의 자기 탐상장치.
6. 제5항에 있어서 상기 펄스 전압발생기에서 출력되는 펄스 전압에 직류 바이어스 전압을 가산하는 직류 바이어스 가산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박강대의 자기탐상장치.
7. 제6항에 있어서 상기 연산수단에서 얻어진 측정치에 따라 상기 직류 바이어스 전압을 가변제어하는 바이어스 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박강대의 자기탐사장치.