WO2013089373A1 - 강판의 결함 탐상 장치 - Google Patents

강판의 결함 탐상 장치 Download PDF

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WO2013089373A1
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flaw detection
defect
magnetization
pole
steel sheet
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PCT/KR2012/010307
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이주승
최세호
최상우
윤종필
강신환
오기장
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주식회사 포스코
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    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
    • G01N27/87—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields using probes

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for flaw detection of defects existing on the inside or the surface of a steel sheet by using leakage magnetic flux.
  • Steel sheet defect detection techniques include ultrasonic testing, magnetic flux leakage, magnetic particle inspection, eddy current inspection, and optical methods.
  • the leak magnetic flux flaw detection method is a method of detecting a part of magnetic flux leaking to the outside by defects of the steel sheet when magnetizing the steel sheet in a certain direction using a magnetic sensor or a hall sensor.
  • the leak magnetic flux inspection method has excellent performance against crack defects occurring under the surface or surface of a ferromagnetic metal, and an example of the flaw detection apparatus by the above-mentioned leak magnetic flux is cited (Korean Patent Publication No. 2010-0076838). ) Is disclosed.
  • the magnetizer 120 is disposed on the upper portion of the steel sheet 10 wound on the roll 110. Electromagnet poles 121a and 121b are alternately arranged in the lower region of the magnetizer 120, and the coil 122 is wound in the upper region of the magnetizer 120. At this time, when the current in the opposite direction flows through the coil 122 to the electromagnet poles 121a and 121b, the steel plate 10 is magnetized in the direction of the electromagnet pole 121b of the S pole from the electromagnet pole 121a of the N pole. .
  • the leakage magnetic flux is sensed by the sensor 131 formed between the electromagnet poles 121a and 121b to detect the defect of the steel plate 10.
  • the above-described electromagnet poles 121a and 121b are spaced apart from each other by a predetermined distance, and are inclined by a predetermined angle ( ⁇ ) with respect to the rolling direction, so that the steel plate 10 is formed in a spiral form to the boundary line A that contacts the roll 110. It is configured to be.
  • the magnetizer 120 is an integrated structure in which a plurality of electromagnet poles 121a and 121b are integrated, only some units such as the electromagnet poles 121a and 121b or the sensor 131 are provided. Can't be replaced, making it difficult to maintain
  • a defect flaw detector for a steel sheet that can accurately detect defects on the surface or inside of the steel sheet.
  • a flaw flaw detector for a steel sheet which can efficiently maintain and manage flaw detectors.
  • the defect flaw detection apparatus of the steel plate which can isolate
  • the flaw flaw detection apparatus in a flaw flaw detector for flaw detection of a steel sheet, includes a plurality of flaw detection units arranged in the width direction of the steel sheet, and each of the flaw flaw detection units corresponds to a first corresponding one another.
  • a magnetization unit including a magnetization pole and a second magnetization pole, and generating magnetic flux for magnetizing the steel sheet in a direction inclined by a predetermined angle with respect to the rolling direction through the first magnetization pole and the second magnetization pole; And a detection unit for detecting a leaked magnetic flux leaked by a defect present in the inside or the surface of the steel sheet by the magnetic flux generated by the magnetization unit.
  • the second magnetization pole may be disposed in parallel with a predetermined distance from the first magnetization pole in a direction orthogonal to the direction in which the first magnetization pole is inclined, and the first magnetization pole And the second magnetizing electrode may have the same length.
  • the first magnetization pole and the second magnetization pole may be disposed at an angle of 45 degrees with respect to the rolling direction.
  • the plurality of flaw detection units may be provided in a modular form so as to be detachable for each unit.
  • the magnetization portion includes a permanent magnet and a yoke extending to both sides of the permanent magnet, wherein the first magnetization pole is provided at one end of the yoke, and the second magnetization pole is It may be provided at the other end of the yoke.
  • the permanent magnet is a cylindrical permanent magnet
  • the cylindrical permanent magnet is provided to be rotatable about the longitudinal direction of the cylinder in the magnetization portion, the size of the magnetic flux induced in the yoke is adjusted It may be possible.
  • the plurality of flaw detection units the upper flaw detection units disposed on the upper portion of the steel sheet; And lower flaw detection units disposed below the steel sheet.
  • the defect flaw detector is a defect that analyzes the position of the defect in the thickness direction of the steel sheet based on the phase and magnitude of a signal measured in the upper flaw detection units and the lower flaw detection units, respectively.
  • the analysis unit may further include.
  • the sensor unit may have a distance of 60 ⁇ m or less from a neighboring hall sensor.
  • the first magnetization pole and the second magnetization pole may be arranged such that adjacent magnetization poles are the same between adjacent flaw detection units.
  • the two magnetizing poles constituting the magnetizing portion have the same length, so that accurate defect detection can be performed.
  • the plurality of flaw detection units are provided in a modular form so as to be detachable for each unit, thereby increasing the maintenance and management efficiency of the flaw detection device.
  • the present invention by detecting flaw magnetic flux by arranging flaw detection units on both the upper and lower parts of the steel sheet, it is possible to accurately detect the separation of the surface defect and the internal defect or to determine the position of the internal defect.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a flaw detector according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view from above of the flaw detector of FIG. 1, illustrating a problem of the prior art.
  • FIG. 2 is a view from above of the flaw detector of FIG. 1, illustrating a problem of the prior art.
  • FIG 3 is a configuration diagram of a flaw detector according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating an internal structure of a flaw detection unit according to an embodiment of the present invention.
  • 4B illustrates a plurality of flaw detection units installed on a plane and on a roll top according to one embodiment of the present invention.
  • 4C is a diagram illustrating an arrangement direction of magnetization electrodes according to an embodiment of the present invention.
  • 5B to 5C are diagrams showing the output signals of the flaw detection units disposed on the upper and lower parts according to the positions of the defects according to the embodiment of the present invention.
  • 5D to 5E are diagrams for explaining a method of analyzing a position of a defect from an output signal from a flaw detection unit disposed above and below the steel sheet.
  • the flaw detector includes a power supply unit 310 for supplying power to the detector 320b and a plurality of flaw detection units arranged in the width direction of the steel plate 10 (one flaw unit in FIG. 3). (Only 320) and a defect of the steel sheet 10 based on the amplifying unit 330 for amplifying the leaked magnetic flux detected by the flaw detection unit 320 and the leaked magnetic flux amplified by the amplifying unit 330 ( And a defect detector 340 for detecting a defect, hereinafter referred to as 'D'.
  • the flaw detection unit 320 may include a magnetization unit 320a for magnetizing the steel plate 10 in a predetermined direction and a detection unit 320b for detecting leakage magnetic flux caused by the defect D of the steel plate 10. .
  • 4A is a diagram illustrating an internal structure of one flaw detector unit according to one embodiment of the present invention.
  • one flaw detection unit 320 includes a permanent magnet (PM) and a yoke extending to both sides of the permanent magnet (PM), and the first magnetization pole 320c includes the yoke of the yoke. One end is provided, and the second magnetization pole 320d is provided at the other end of the yoke.
  • the permanent magnet (PM) is a cylindrical permanent magnet is provided on the magnetization portion 320 to be rotatable in the longitudinal direction of the cylinder, the size of the magnetic flux induced in the yoke can be adjusted. That is, the magnitude of the magnetic flux formed between the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d may change as the permanent magnet PM rotates about the longitudinal direction of the cylinder.
  • the smallest magnetic flux is the largest when the N pole and the S pole of the permanent magnet PM are arranged in the horizontal direction.
  • Magnetic flux may be formed between the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d.
  • the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d are disposed above the steel plate 10 in a direction inclined by a predetermined angle with respect to the rolling direction, which will be described later with reference to FIG. 4B.
  • the detector 320b is disposed between the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d, and has a cylindrical shape spaced apart from the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d by a predetermined distance. It is disposed in the longitudinal direction of the permanent magnet PM.
  • the detection unit 320b described above is for detecting leakage magnetic flux due to internal or surface defects of the steel sheet 10, and may include a magnetic sensor or a hall sensor.
  • the detector 320b may be a plurality of Hall element arrays, and a distance L between neighboring Hall sensors HS1 and HS2 may be 60 ⁇ m or less. As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, more accurate defect detection is possible by minimizing the distance between neighboring hall sensors HS1 and HS2.
  • the flaw detection unit 320 may be provided in a modular form and thus may be attached and detached for each unit.
  • the first magnetization pole 320c, the second magnetization pole 320d, the permanent magnet PM, and the detector 320b in the flaw detection unit 320 may also be provided in a modular form and may be attached and detached for each unit.
  • Figure 4b is a diagram showing a plurality of flaw detection units installed on the plane and the upper portion according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4c is a view showing the arrangement direction of the magnetizing poles according to an embodiment of the present invention .
  • the defect flaw detector of the steel sheet 10 may include a plurality of flaw detection units (as described in detail in FIG. 4A), Each of the plurality of flaw detection units 320 to 325 may be arranged in the width direction of the steel sheet 10, and may be disposed in a direction inclined by a predetermined angle ⁇ based on the rolling direction of the steel sheet 10. The plurality of flaw detection units 320 to 325 may be spaced apart from the steel plate 10 in a vertical distance by a predetermined distance. Although only six flaw detection units 320 to 325 are shown in FIG. 4B, this is only for convenience of description, and the number thereof may be variously modified as necessary.
  • the plurality of flaw detection units 320 to 325 are arranged in the width direction on the upper portion of the steel sheet 10 wound on the roll R surface.
  • the steel sheet 10 may be disposed in a direction inclined by a predetermined angle ⁇ based on the rolling direction of the steel sheet 10.
  • the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d have polarities corresponding to each other, and the second magnetization pole 320d is in a direction in which the first magnetization pole 320c is inclined.
  • the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d may have the same length in parallel with each other.
  • the angle ⁇ in which the first magnetization pole 320c and the second magnetization pole 320d are inclined in the rolling direction may be 45 degrees. It will be apparent to those skilled in the art that the above-described angles are only examples, and may be modified as necessary.
  • the two magnetization electrodes 320c and 320d constituting the magnetization part 320 have the same length, and thus, at both ends of the magnetization electrodes 320c and 320d.
  • the direction and intensity of the magnetic flux to be formed can be made uniform, so that accurate defect detection can be performed.
  • the power is supplied to the detection unit 320b by the power supply unit 310, and the defects may be caused by the flaw detection units 320 to 325 arranged in the width direction of the steel plate 10.
  • the leakage magnetic flux according to D) is detected. Specifically, when describing based on one flaw detection unit 320, the magnetic flux is generated by the magnetization unit 320 formed in a direction inclined by a predetermined angle with respect to the rolling direction, the generated magnetic flux passes through the steel sheet 10 . At this time, the detection part 320b detects the leakage magnetic flux by the defect D of the steel plate 10. FIG. The detected leakage magnetic flux is transmitted to the amplifier 330.
  • the amplifying unit 330 amplifies the leaked magnetic flux detected by the flaw detection unit 320 at a predetermined ratio and transmits it to the defect detecting unit 340.
  • the defect detector 340 may detect the defect D of the steel sheet 10 based on the leakage magnetic flux amplified by the amplifier 330.
  • FIG. 5A illustrates a flaw detection unit disposed above and below a steel sheet according to an embodiment of the present invention.
  • flaw detection units 320 and 520 are disposed on both upper and lower portions of the steel sheet 10.
  • 5B and 5C are diagrams showing the output signals of the flaw detection unit disposed in the upper and lower parts according to the position of the defect according to the embodiment of the present invention.
  • the upper flaw detection unit 320 may be disposed above the steel plate 10, and the lower flaw detection unit 520 may be disposed below the corresponding steel plate 10.
  • the lower flaw detection unit 520 may be disposed below the steel plate 10.
  • one upper flaw detection unit 320 and one lower flaw detection unit 520 are disposed below the steel plate 10, but this is to help understanding of the present invention.
  • a plurality of flaw detection units may be arranged at each of the upper and lower portions of 10) as shown in FIG. 4B.
  • reference numeral 530 is an enlargement of the defects existing in the thickness direction of the steel sheet 10 in the upper portion of the drawing of Figure 5a, the defect (D) may be present at various locations along the thickness direction 532 of the steel sheet 10. It is shown. For example, as shown at 531, D1 is at the upper surface side of the steel sheet 10, D2 is at the upper inner side of the steel sheet 10, D3 is at the center of the steel sheet 10, and D4 is the steel sheet 10. At the lower inner side of D1), D5 shows a defect D formed at the lower surface side of the steel sheet 10. As shown in FIG.
  • FIGS. 5B and 5C The output signals from the upper flaw detection unit 320 and the lower flaw detection unit 520 for each of the above-described defects D1 to D5 are shown in FIGS. 5B and 5C.
  • reference numeral 540 denotes an output signal of the upper flaw detection unit 320
  • reference numeral 541 denotes an output signal of the lower flaw detection unit 520.
  • the output signals from the upper flaw detection unit 320 and the lower flaw detection unit 520 differ in magnitude and phase depending on the positions of the defects D1 to D5. have. That is, in the case of the defect D1 formed on the upper surface side of the steel plate 10, the output signal 540 from the upper flaw detection unit 320 is opposite in phase to the output signal 541 from the lower flaw detection unit 520. It can be seen that the size is larger. Thus, it can be seen from this that the defect D is formed on the upper surface side of the steel sheet 10.
  • the output signal 541 from the lower flaw detection unit 520 is reversed in phase compared to the output signal 540 from the upper flaw detection unit 320. It can be seen that the size is larger. Therefore, it can be seen from this that the defect D is formed on the lower surface side of the steel sheet 10.
  • the defect (D3) formed in the center of the steel plate 10 the magnitude of the output signal 540 from the upper flaw detection unit 320 and the output signal from the lower flaw detection unit 520 is only the opposite phase, It can be seen that the size is the same. Therefore, it can be seen from this that the defect D is formed in the center portion of the steel sheet 10.
  • the position of the defect D can be analyzed by comparing the magnitude and phase of the output signal from the upper flaw detection unit 320 and the lower flaw detection unit 520.
  • the defect position DP may be analyzed by obtaining a defect function (DF) with various factors as inputs, which will be described with reference to FIGS. 5D and 5E.
  • DF defect function
  • 5D is a diagram for explaining factors for obtaining a defect function DF from an output signal 540 from the upper flaw detection unit 320 and an output signal 541 from the lower flaw detection unit 520.
  • ⁇ M is the magnitude difference between the two output signals 540, 541, A1 is the area of the output signal 541 from the lower flaw detection unit 520, and A2 is the output signal from the top flaw detection unit 320.
  • An area 540 denotes a slope of a straight line connecting the maximum value and the minimum value of the output signal.
  • the defect function DF can be obtained according to the following equation 1 based on several factors in addition to the various factors described above.
  • DF is the defect function
  • ⁇ M is the difference between the two output signals
  • A is the area of the output signal
  • S is the slope of the straight line connecting the maximum and minimum values of the output signal
  • Wf is the type of defect (circle, ellipse, L) is a value for compensating the gap between the detection unit and the steel sheet.
  • defect function DF having the aforementioned factors ⁇ M, A, S, Wf, and L as an input may be implemented in various forms, and the present invention is not limited thereto.
  • the defect function DF which inputs only DELTA M among the factors (DELTA M, A, S, Wf, L) mentioned above in FIG. 5E is calculated
  • the defect detection unit 340 of FIG. 3 has a size difference ⁇ M between the two output signals 540 and 541 according to the position of the defect DP from the surface of the steel sheet 10 to the center (that is, the defect function DF). )),
  • the graph as shown in Fig. 5E is obtained beforehand.
  • the position DP 1 of the defect means a point 0.6 mm from the upper surface of the steel sheet 10 (that is, the center of the steel sheet)
  • the position DP 0.1 of the defect means a point that is the upper surface of the steel sheet 10. do.
  • the defect detector 340 of FIG. 3 obtains the magnitude difference ⁇ M from the output signals 540 and 541 obtained from the upper and lower flaw detection units 320 and 520, and obtains the magnitude difference ⁇ .
  • M the position DP of the defect can be analyzed.
  • the magnitude difference ⁇ M ie, the defect function DF
  • ⁇ M the magnitude difference ⁇ M
  • the defect D exists at a specific point between the upper surface of the steel plate 10 and the center portion (0.6 mm). Can be analyzed.

Abstract

강판의 결함 탐상 장치가 제공된다. 강판의 결함 탐상 장치는, 강판의 폭방향으로 배열된 복수 개의 탐상 유닛들을 포함하며, 복수 개의 탐상 유닛들 각각은 서로 대응되는 제1 자화극 및 제2 자화극을 포함하며, 제1 자화극 및 제2 자화극을 통해 압연 방향에 대하여 소정 각도 기울어진 방향으로 강판을 자화시키기 위한 자속을 발생시키는 자화부와, 자화부에 의해 발생된 자속에 의해 강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함에 의해 누설되는 누설자속을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다. 이를 통해 정확한 결함 검출을 할 수 있다.

Description

강판의 결함 탐상 장치
본 발명은 누설 자속을 이용하여 강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함을 탐상하기 위한 장치에 관한 것이다.
강판의 결함 검출 기술에는 초음파 탐상법(Ultrasonic Test), 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage), 자분 탐상법(Magnetic Particle Inspection), 와전류 탐상법 및 광학법 등이 있다.
이들 중 누설 자속 탐상법은 일정한 방향으로 강판을 자화시킬때 강판의 결함에 의해 외부로 누출되는 자속의 일부를 자기센서나 홀 센서를 이용하여 검출하는 방식이다. 이러한 누설 자속 탐상법은 강자성체 금속의 표면이나 표층 하에 발생하는 크랙(crack) 결함에 대하여 우수한 성능을 갖으며, 상술한 누설 자속에 의한 탐상 장치의 일 예가 인용 문헌(한국공개특허 제2010-0076838호)에 개시되어 있다.
상술한 인용문헌(한국공개특허 제2010-0076838호)에 대해 도 1을 참조하면, 롤(110)에 감겨진 강판(10)의 상부에는 자화기(120)가 배치된다. 자화기(120)의 하부 영역에는 전자석 극(121a, 121b)이 번갈아 배치되며, 자화기(120)의 상부 영역에는 코일(122)이 감겨져 있다. 이때 코일(122)을 통해 반대 방향의 전류를 전자석 극(121a, 121b)에 흘리게 되면, 강판(10)은 N극의 전자석 극(121a)로부터 S극의 전자석 극(121b)의 방향으로 자화된다. 이때, 전자석 극(121a, 121b) 사이에 형성된 센서(131)에 의해 누설 자속을 센싱함으로써, 강판(10)의 결함을 검출하게 된다. 한편, 상술한 전자석 극(121a, 121b)은 서로 일정 거리 이격되며, 압연 방향에 대해 일정한 각도(θ)만큼 기울어져 강판(10)이 롤(110)에 접하는 경계선(A)까지 나선 형태로 형성되도록 구성되어 있다.
하지만, 인용문헌에 의할 때, 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 도 2에 도시된 바와 같이, 자속을 검출할 수 없는 미검출영역(R1)으로 인해 정확한 결함 검출이 어려우며, N극의 전자석 극(121a)과 S극의 전자석 극(121b) 각각의 단부에 형성되는 자속은 그 방향 및 세기가 불균일하게 형성(201 및 R2 참조)될 수 있다.
둘째, 도 1에 도시된 바와 같이, 자화기(120)는 다수의 전자석 극(121a, 121b)이 일체로 된 일체형 구조이므로, 전자석 극(121a, 121b)이나 센서(131)와 같은 일부 유닛만을 교체할 수 없어 유지 및 관리가 어려우며,
셋째, 강판(10)의 표면과 내부에 존재하는 결함이 동시에 검출되기 때문에 표면 결함과 내부 결함의 분리 검출 또는 내부 결함의 위치를 정확하게 결정할 수 없다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 강판의 표면 또는 내부의 결함을 정확하게 검출할 수 있는 강판의 결함 탐상 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 탐상 장치의 유지 및 관리를 효율적으로 할 수 있는 강판의 결함 탐상 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 표면 결함과 내부 결함의 분리 검출 또는 내부 결함의 위치를 정확하게 결정할 수 있는 강판의 결함 탐상 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 강판의 결함을 탐상하는 결함 탐상 장치에 있어서, 상기 강판의 폭방향으로 배열된 복수 개의 탐상 유닛들을 포함하며, 상기 복수 개의 탐상 유닛들 각각은, 서로 대응되는 제1 자화극 및 제2 자화극을 포함하며, 상기 제1 자화극 및 상기 제2 자화극을 통해 상기 압연 방향에 대하여 소정 각도 기울어진 방향으로 상기 강판을 자화시키기 위한 자속을 발생시키는 자화부; 및 상기 자화부에 의해 발생된 자속에 의해 상기 강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함에 의해 누설되는 누설자속을 검출하는 검출부를 포함하는 결함 탐상 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제2 자화극은, 상기 제1 자화극이 기울어진 방향과 직교하는 방향으로 상기 제1 자화극으로부터 소정거리 평행 이동되어 배치될 수 있으며, 상기 제1 자화극과 상기 제2 자화극은, 동일한 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제1 자화극 및 상기 제2 자화극은, 상기 압연방향에 대하여 45도 기울어져 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 복수 개의 탐상 유닛들은, 유닛 별로 탈부착 가능하도록 모듈러 형태로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 자화부는, 영구자석과, 상기 영구자석의 양측으로 연장되는 요크를 포함하며, 상기 제1 자화극은 상기 요크의 일단부에 마련되고, 상기 제2 자화극은 상기 요크의 타단부에 마련될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 영구자석은 원통형 영구자석으로, 상기 원통형 영구자석은, 상기 자화부에 원통의 길이방향을 축으로 회전 가능하게 마련되며, 상기 요크에 유도되는 자속의 크기는 조정 가능할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 복수의 탐상 유닛들은, 상기 강판의 상부에 배치되는 상측 탐상 유닛들; 및 상기 강판의 하부에 배치되는 하측 탐상 유닛들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 결함 탐상 장치는, 상기 상측 탐상 유닛들과 상기 하측 탐상 유닛들에서 각각 측정되는 신호의 위상과 크기에 기초하여 상기 강판의 두께방향으로 결함의 위치를 분석하는 결함 분석부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 센서부는, 이웃하는 홀 센서와의 간격이 60um이하일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 복수 개의 탐상 유닛들은, 인접하는 탐상 유닛들간 인접하는 자화극이 동일하도록 제1 자화극 및 제2 자화극이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 자화부를 구성하는 2개의 자화극은 동일한 길이를 가지도록 함으로써, 정확한 결함 검출을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 복수 개의 탐상 유닛들은 유닛 별로 탈부착 가능하도록 모듈러 형태로 마련함으로써, 탐상 장치의 유지 및 관리 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 강판의 상부와 하부 모두에 탐상 유닛들을 배치하여 누설 자속을 검출함으로써, 표면 결함과 내부 결함의 분리 검출 또는 내부 결함의 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 탐상 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 탐상 장치를 위에서 바라본 도면으로, 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 탐상 장치의 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 탐상 유닛의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 평면 및 롤 상부에 설치된 복수 개의 탐상 유닛들을 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자화극들의 배치 방향을 도시한 도면이다.
도 5a은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 강판의 상하부에 배치된 탐상 유닛을 도시한 도면이다.
도 5b 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결함의 위치에 따른 상하부에 배치된 탐상 유닛의 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 5d 내지 도 5e는 강판의 상하부에 배치된 탐상 유닛으로부터의 출력 신호로부터 결함의 위치를 분석하는 방법을 설명하는 도면이다.
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 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결함 탐상 장치의 구성도이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 탐상 장치는 검출부(320b)에 전원을 공급하는 전원 공급부(310)와, 강판(10)의 폭방향으로 배열된 복수 개의 탐상 유닛들(도 3에서는 하나의 탐상 유닛(320)만 도시함)과, 탐상 유닛(320)에 의해 검출된 누설 자속을 증폭하는 증폭부(330)와 증폭부(330)에 의해 증폭된 누설 자속에 기초하여 강판(10)의 결함(Defect, 이하 'D'라 함)을 검출하는 결함 검출부(340)를 포함할 수 있다. 한편, 탐상 유닛(320)은 강판(10)을 소정의 방향으로 자화시키는 자화부(320a)와 강판(10)의 결함(D)에 의한 누설 자속을 검출하는 검출부(320b)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 탐상 유닛에 대해 상세하게 설명한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하나의 탐상 유닛의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 하나의 탐상 유닛(320)은 영구자석(Permanent Magnet, PM)과 영구자석(PM)의 양측으로 연장되는 요크를 포함하며, 제1 자화극(320c)은 요크의 일단부에 마련되고, 제2 자화극(320d)은 요크의 타단부에 마련되어 있다. 상술한 영구자석(PM)은 원통형 영구자석으로 원통의 길이방향을 축으로 회전 가능하게 자화부(320)에 마련되며, 요크에 유도되는 자속의 크기는 조절될 수 있다. 즉, 원통의 길이방향을 축으로 영구자석(PM)이 회전함에 따라 제1 자화극(320c)과 제2 자화극(320d) 사이에 형성되는 자속의 크기가 바뀔 수 있다.
구체적으로, 영구자석(PM)의 N극과 S극이 수직 방향으로 배치되는 경우에는 가장 작은 크기의 자속이, 영구자석(PM)의 N극과 S극이 수평 방향으로 배치되는 경우에는 가장 큰 자속이 제1 자화극(320c)과 제2 자화극(320d) 사이에 형성될 수 있다. 그리고, 제1 자화극(320c)과 제2 자화극(320d)는 압연 방향에 대해 소정 각도 기울어진 방향으로 강판(10)의 상부에 배치되는데, 이에 대해서는 도 4b를 참조하여 후술한다.
그리고, 제1 자화극(320c)과 제2 자화극(320d) 사이에는 검출부(320b)가 배치되며, 제1 자화극(320c)과 제2 자화극(320d)으로부터 일정 거리 이격된 상태로 원통형 영구자석(PM)의 길이 방향으로 배치된다. 상술한 검출부(320b)는 강판(10)의 내부 또는 표면 결함에 의한 누설 자속을 검출하기 위한 것으로, 자기 센서 내지 홀 센서를 포함할 수 있다. 그리고, 검출부(320b)는, 복수의 홀 소자 어레이로, 이웃하는 홀 센서들(HS1, HS2) 간의 간격(L)은 60um이하일 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시 형태에 의하면, 이웃하는 홀 센서들(HS1, HS2) 간의 간격을 최소화함으로써, 더욱 정밀한 결함 검출이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 탐상 유닛(320)은, 모듈러(modular) 형태로 마련됨으로써 유닛별로 탈부착이 가능할 수 있다. 또한, 탐상 유닛(320) 내부의 제1 자화극(320c), 제2 자화극(320d), 영구 자석(PM) 및 검출부(320b) 역시 모듈러 형태로 마련되어 유닛별로 탈부착이 가능할 수 있다. 이와 같이 탐상 장치를 모듈러 형태로 마련함으로써, 탐상 장치의 유지 및 관리 효율을 높일 수 있다.
한편, 도 4b는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 평면 및 롤 상부에 설치된 복수 개의 탐상 유닛들을 도시한 도면이며, 도 4c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자화극들의 배치 방향을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 도 4b의 도면 부호 410에 도시된 바와 같이, 강판(10)의 결함 탐상 장치는, (도 4a에서 상세하게 설명한 바와 같은) 탐상 유닛을 복수 개 포함할 수 있으며, 복수 개의 탐상 유닛들(320 내지 325) 각각은 강판(10)의 폭방향으로 배열되되, 강판(10)의 압연 방향을 기준으로 소정 각도(θ) 기울어진 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 복수 개의 탐상 유닛들(320 내지 325)은 강판(10)으로부터 수직 방향으로 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 비록 도 4b에서 6개의 탐상 유닛들(320 내지 325)만이 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 그 개수는 필요에 따라 다양하게 변형 실시할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
또한, 실시 형태에 따라서는, 도 4b의 도면부호 420에 도시된 바와 같이, 복수 개의 탐상 유닛들(320 내지 325)은 롤(R) 표면에 감겨진 강판(10)의 상부에 폭방향으로 배열되되, 강판(10)의 압연 방향을 기준으로 소정 각도(θ) 기울어진 방향으로 배치될 수 있다.
이하에서는 도 4c를 참조하여 탐상 유닛내의 자화극들의 배치 방향을 상세하게 설명한다. 발명의 이해를 돕기 위해 도 4c에는 3개의 탐상 유닛들(320 내지 322)만이 도시되어 있으나, 그 개수는 도 4b에 도시된 탐상 유닛의 개수와 같다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위해 도 4c와 관련하여 하나의 탐상 유닛(320)을 기준으로 설명하지만, 나머지 탐상 유닛들(321 내지 322)도 동일하게 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 제1 자화극(320c) 및 제2 자화극(320d)은 서로 대응되는 극성을 가지며, 제2 자화극(320d)은 제1 자화극(320c)이 기울어진 방향과 직교하는 방향으로 제1 자화극(320c)으로부터 소정거리 평행 이동되어 배치될 수 있으며, 제1 자화극(320c)과 제2 자화극(320d)은 동일한 길이를 가질 수 있다. 여기서, 제1 자화극(320c) 및 제2 자화극(320d)이 압연 방향에 기울어진 각도(θ)는 45도일 수 있다. 상술한 각도는 실시예에 불과하며, 필요에 따라 변형 실시될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 자화부(320)를 구성하는 2개의 자화극(320c, 320d)은 동일한 길이를 가지도록 함으로써, 자화극(320c, 320d)의 양 단부에서 형성되는 자속의 방향 및 세기를 균일하게 할 수 있어 정확한 결함 검출을 할 수 있다.
상술한 일 실시 형태에 의한 탐상 장치의 동작 원리를 설명한다.
도 3 내지 도 4c를 참조하면, 전원 공급부(310)에 의해 검출부(320b)에 전원을 공급되며, 강판(10)의 폭방향으로 배열된 복수 개의 탐상 유닛들(320 내지 325)에 의해 결함(D)에 따른 누설 자속이 검출된다. 구체적으로, 하나의 탐상 유닛(320)을 기준으로 설명하면, 압연 방향에 대하여 소정 각도 기울어진 방향으로 형성된 자화부(320)에 의해 자속이 발생되며, 발생된 자속은 강판(10)을 통과한다. 이때 검출부(320b)는 강판(10)의 결함(D)에 의한 누설 자속을 검출한다. 검출된 누설 자속은 증폭부(330)로 전달된다.
이후 증폭부(330)는 탐상 유닛(320)에서 검출한 누설 자속을 소정의 비율로 증폭한 후 결함 검출부(340)로 전달한다. 마지막으로, 결함 검출부(340)는 증폭부(330)에서 증폭한 누설 자속에 기초하여 강판(10)의 결함(D)을 검출할 수 있다.
한편, 도 5a은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 강판의 상하부에 배치된 탐상 유닛을 도시한 도면으로, 도 4a와 달리, 강판(10)의 상부와 하부 모두에 탐상 유닛(320, 520)들을 배치하여 누설 자속을 검출함으로써 표면 결함과 내부 결함의 분리 검출 또는 내부 결함의 위치를 정확하게 결정하기 위한 것이다. 그리고, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결함의 위치에 따른 상하부에 배치된 탐상 유닛의 출력 신호를 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 일 실시 형태에 의한 탐상 장치 및 동작 원리를 설명한다.
도 5a를 참조하면, 강판(10)의 상부에는 상측 탐상 유닛(320)이 배치되며, 대응되는 강판(10)의 하부에는 하측 탐상 유닛(520)이 배치되도록 구성될 수 있다. 도 5a에는 강판(10)의 상부에 하나의 상측 탐상 유닛(320)과 강판(10)의 하부에 하나의 하측 탐상 유닛(520)이 배치되어 있으나, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 강판(10)의 상부 및 하부 각각에 도 4b에 도시된 바와 같이 복수 개의 탐상 유닛들이 배치될 수 있음은 물론이다.
한편, 도면부호 530은 도 5a 상부의 도면 중 강판(10)의 두께 방향에 존재하는 결함을 확대한 것으로, 강판(10)의 두께 방향(532)을 따라 다양한 위치에 결함(D)이 존재할 수 있음을 도시하고 있다. 예를 들면, 도면부호 531에 도시된 바와 같이, D1은 강판(10)의 상부 표면쪽에, D2는 강판(10)의 상부 내부쪽에, D3는 강판(10)의 중앙에, D4는 강판(10)의 하부 내부쪽에, D5는 강판(10)의 하부 표면쪽에 형성된 결함(D)을 도시하고 있다.
상술한 각 결함(D1 내지 D5)에 대하여 상부 탐상 유닛(320)과 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호가 도 5b 및 도 5c에 도시되어 있다. 도 5b 및 도 5c에서 도면부호 540은 상부 탐상 유닛(320)의 출력 신호를, 도면 부호 541은 하부 탐상 유닛(520)의 출력 신호이다.
도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상부 탐상 유닛(320)과 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호는 결함의 위치(D1 내지 D5)에 따라 그 크기와 위상에 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, 강판(10)의 상부 표면 쪽에 형성된 결함(D1)의 경우 상부 탐상 유닛(320)으로부터의 출력 신호(540)는 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호(541)에 비해 그 위상이 반대이며, 그 크기가 더 큰 것을 알 수 있다. 따라서, 이로부터 결함(D)은 강판(10)의 상부 표면 쪽에 형성되었음을 알 수 있다.
반대로, 강판(10)의 하부 표면 쪽에 형성된 결함(D5)의 경우 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호(541)는 상부 탐상 유닛(320)으로부터의 출력 신호(540)에 비해 그 위상이 반대이며, 그 크기가 더 큰 것을 알 수 있다. 따라서, 이로부터 결함(D)은 강판(10)의 하부 표면 쪽에 형성되었음을 알 수 있다.
반면에 강판(10)의 중앙에 형성된 결함(D3)의 경우 상부 탐상 유닛(320)으로부터의 출력 신호(540)와 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호의 크기는 위상만이 반대일 뿐, 그 크기는 동일한 것을 알 수 있다. 따라서, 이로부터 결함(D)은 강판(10)의 중앙부에 형성되었음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 상부 탐상 유닛(320)과 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호의 크기와 위상을 비교함에 의해 결함(D)의 위치를 분석할 수 있다.
상술한 도식적인 방법 외에 다양한 인자를 입력으로 하는 결함 함수(Defect Function, DF)를 구함으로써, 결함의 위치(DP)를 분석할 수도 있는데 이에 대해 도 5d 및 도 5e를 참조하여 설명한다.
도 5d는 상부 탐상 유닛(320)으로부터의 출력 신호(540)와 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호(541)로부터 결함 함수(DF)를 얻기 위한 인자들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5d에서, △M은 두 출력 신호(540, 541)의 크기 차이, A1는 하부 탐상 유닛(520)으로부터의 출력 신호(541)의 면적을, A2는 상부 탐상 유닛(320)으로부터의 출력 신호(540)의 면적, S는 출력 신호의 최대값과 최소값을 연결한 직선의 기울기를 의미한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 다양한 인자 외에 추가로 몇 개의 인자들에 기초하여 하기의 수학식 1에 따라 결함 함수(DF)를 얻을 수 있다.
[수학식 1]
DF = f(△M, A, S, Wf, L)
여기서, DF는 결함 함수, △M은 두 출력 신호의 크기 차이, A는 출력 신호의 면적, S는 출력 신호의 최대값과 최소값을 연결한 직선의 기울기, Wf는 결함의 종류(원, 타원, 직선 등), L는 검출부와 강판 간의 간격을 보상하기 위한 값이다.
상술한 인자들(△M, A, S, Wf, L)을 입력으로 하는 결함 함수(DF)는 다양한 형태로 구현 가능하며, 본 발명에서는 이를 구체적으로 한정하지는 않음에 유의하여야 한다.
다만, 이하에서는 도 5e에 상술한 인자들(△M, A, S, Wf, L) 중 △M만을 입력으로 하는 결함 함수(DF)를 구하고, 구해진 결함 함수(DF)로부터 결함의 위치(DP)를 분석하는 방법을 도 5e를 참조하여 예시적으로 설명한다. 전제로, 강판(10)의 두께가 1.2mm이며 강판(10)의 표면으로부터 중심까지의 거리가 0.6mm라고 가정한다.
우선, 결함 검출부(도 3의 340)는 강판(10)의 표면으로부터 중심까지 결함의 위치(DP)에 따라 두 출력 신호(540, 541)의 크기 차이(△M)(즉, 결함 함수(DF))를 구한 후, 도 5e에 도시된 바와 같은 그래프를 미리 얻는다. 여기서, 결함의 위치(DP) 1은 강판(10)의 상부 표면으로부터 0.6mm인 지점(즉, 강판의 중심부)을, 결함의 위치(DP) 0.1은 강판(10)의 상부 표면인 지점을 의미한다.
이후, 결함 검출부(도 3의 340)는 상부 탐상 유닛(320)과 하부 탐상 유닛(520)으로부터 얻어진 출력 신호들(540, 541)로부터 그 크기 차이(△M)를 구하고, 구해진 크기 차이(△M)를 도 5e의 그래프와 비교함으로써, 결함의 위치(DP)를 분석할 수 있다.
예를 들면, 도 5e에서, 두 출력 신호의 크기 차이(△M)(즉, 결함 함수(DF))가 1인 경우(△M가 1인 경우 두 출력 신호의 크기 차이(△M)가 가장 크므로, 강판(10)의 상부 표면에 결함(D)이 존재한다는 것을 미리 알 수 있다)는 결함의 위치(DP)는, 0.1로 결함(D)이 강판(10)의 상부 표면에 위치함을 알 수 있다.
다른 예로, 두 출력 신호의 크기 차이(△M)(즉, 결함 함수(DF))가 0인 경우(△M가 0인 경우 두 출력 신호의 크기 차이(△M)가 가장 작으므로, 강판(10)의 중심부에 결함(D)이 존재한다는 것을 미리 알 수 있다) 결함의 위치(DP)는 1로, 결함이 강판(10)의 상부 표면으로부터 0.6mm인 지점(중심부)에 위치함을 알 수 있다.
두 출력 신호의 크기 차이(△M)가 1부터 0 사이인 경우는, 도 5e를 참조하면, 강판(10)의 상부 표면으로부터 중심부(0.6mm) 사이의 특정 지점에 결함(D)이 존재하는 것으로 분석할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 강판의 상부와 하부 모두에 탐상 유닛들을 배치하여 누설 자속을 검출함으로써, 표면 결함과 내부 결함의 분리 검출 또는 내부 결함의 위치를 정확하게 결정할 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.

Claims (11)

  1. 강판의 결함을 탐상하는 결함 탐상 장치에 있어서,
    상기 강판의 폭방향으로 배열된 복수 개의 탐상 유닛들을 포함하며,
    상기 복수 개의 탐상 유닛들 각각은,
    서로 대응되는 제1 자화극 및 제2 자화극을 포함하며, 상기 제1 자화극 및 상기 제2 자화극을 통해 상기 압연 방향에 대하여 소정 각도 기울어진 방향으로 상기 강판을 자화시키기 위한 자속을 발생시키는 자화부; 및
    상기 자화부에 의해 발생된 자속에 의해 상기 강판의 내부 또는 표면에 존재하는 결함에 의해 누설되는 누설자속을 검출하는 검출부를 포함하는 결함 탐상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자화극은,
    상기 제1 자화극이 기울어진 방향과 직교하는 방향으로 상기 제1 자화극으로부터 소정거리 평행 이동되어 배치되는 결함 탐상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 자화극과 상기 제2 자화극은,
    동일한 길이를 가지는 결함 탐상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자화극 및 상기 제2 자화극은,
    상기 압연방향에 대하여 45도 기울어져 배치되는 결함 탐상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 탐상 유닛들은,
    유닛별로 탈부착 가능하도록 모듈러(modular) 형태로 마련되는 결함 탐상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자화부는,
    영구자석과, 상기 영구자석의 양측으로 연장되는 요크를 포함하며,
    상기 제1 자화극은 상기 요크의 일단부에 마련되고, 상기 제2 자화극은 상기 요크의 타단부에 마련되는 결함 탐상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 영구자석은 원통형 영구자석인 결함 탐상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원통형 영구자석은,
    상기 자화부에 원통의 길이방향을 축으로 회전 가능하게 마련되며,
    상기 요크에 유도되는 자속의 크기는 조정 가능한 것을 특징으로 하는 결함 탐상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 탐상 유닛들은,
    상기 강판의 상부에 배치되는 상측 탐상 유닛들; 및
    상기 강판의 하부에 배치되는 하측 탐상 유닛들을 포함하는 결함 탐상 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 결함 탐상 장치는,
    상기 상측 탐상 유닛들과 상기 하측 탐상 유닛들에서 각각 측정되는 신호의 위상과 크기에 기초하여 상기 강판의 두께방향으로 결함의 위치를 분석하는 결함 분석부를 더 포함하는 결함 탐상 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    이웃하는 홀 센서와의 간격이 60um이하인 복수의 홀 센서들을 포함하는 결함 탐상 장치.
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