(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性電磁鋼板の磁区微細化方法であって、
前記磁区微細化方法は、
生産ラインに沿って進行する鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、
前記鋼板支持ロール位置調節段階を経た前記鋼板の表面にレーザビームを照射して、前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階と、
前記鋼板の前記レーザ照射段階の進行過程で前記鋼板の表面に形成された前記溝の欠陥の有無を、前記鋼板が後工程に移送される前に検出する検出段階と、を含み、
前記検出段階で測定された結果に基づき、前記鋼板に対するレーザの焦点位置を調整する矯正段階をさらに含み、
前記レーザ照射段階は、鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する前記鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂点を通る時のレーザビーム照射位置を基準点として、前記基準点に対して、鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３°〜７°の範囲の角度をおいて離隔した位置にレーザビームを照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項２】
前記矯正段階は、正常状態の溝の深さを基準値に設定する段階と、検出された溝の深さを前記基準値と比較する演算段階と、前記演算段階で検出された溝の深さ偏差に応じて鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を調節し、鋼板に対して焦点位置を調節する位置調節段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項３】
前記位置調節段階は、実際の溝の深さと基準値との偏差を確認して、偏差が２μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を上下方向のいずれか一方向に設定値だけ調節する一次調節段階と、一次調節後に検出された溝の深さを前記基準値と比較演算し、演算された深さ偏差が２μｍ未満かつ１μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を一次調節時と同じ方向に設定値だけ調節する追加調節段階と、一次調節後に検出された溝の深さを前記基準値と比較演算して、２μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を一次調節時の逆方向に設定値だけ調節する逆調節段階と、逆調節後に検出された溝の深さを前記基準値と比較演算し、演算された深さ偏差が２μｍ未満かつ１μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を逆調節時と同じ方向に設定値だけ調節する逆追加調節段階とを含むことを特徴とする請求項２に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項４】
前記矯正段階は、工程初期に鋼板支持ロールの位置や集光ミラーの位置を設定する初期位置設定段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項５】
前記初期位置設定段階は、設定された時間間隔に応じて鋼板支持ロールの位置を変化させる段階と、前記鋼板支持ロールの位置変化に応じた溝の深さの変化を検出する段階と、鋼板支持ロールの位置とこれによる溝の深さデータにより溝の深さが最も深い時の鋼板支持ロールの位置を演算する段階と、演算された値に応じて鋼板支持ロールの位置またはレーザを照射する集光ミラーの位置を調節する段階とを含むことを特徴とする請求項４に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項６】
前記検出段階は、漏れ磁束測定法によって鋼板の溝を測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項７】
前記検出段階は、鋼板表面に磁場を印加して磁化させる段階と、溝によって形成される漏れ磁束を検出する段階と、検出された漏れ磁束を演算して、溝の欠陥を確認する段階とを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項８】
前記レーザ照射段階は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線角度を変換する角度変換段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項９】
前記角度変換段階は、鋼板の幅方向に対して、レーザビームの照射線角度を±４°の範囲で変換することを特徴とする請求項８に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１０】
方向性電磁鋼板の磁区微細化装置であって、
前記磁区微細化装置は、
生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、
レーザビームを照射して、前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、
前記磁区微細化装置の後段に配置されて前記鋼板の表面に形成された溝の状態を確認して、前記溝の欠陥の有無を検出する検出部と、を含み、
前記検出部で測定された結果に基づき、鋼板に対するレーザの焦点位置を調整する矯正部を含み、
前記レーザ照射設備は、鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂点を通る時のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点に対して、鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３°〜７°の範囲の角度をおいて離隔した位置にレーザビームを照射する構造であり、
前記検出部は、移動する鋼板を支持する不導体ロールと、
前記不導体ロールを通る鋼板表面に磁場を印加して磁化させる磁化装置、および前記鋼板から離隔して配置され、鋼板に形成された溝の漏れ磁束を測定する磁気センサを含む漏れ磁束測定部と、
前記磁気センサの出力信号を演算して、溝の欠陥の有無を確認する制御部と、を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１１】
前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備のレーザ照射位置に合わせて鋼板を支持する鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロール位置制御系を含み、前記矯正部は、前記鋼板支持ロール位置制御系に連結され、前記検出部の信号によって鋼板支持ロール位置制御系を制御する構造であることを特徴とする請求項１０に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１２】
前記レーザ照射設備の光学系は、駆動部によって回転可能な構造となり、鋼板に対して回転して、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線角度を変換する構造であることを特徴とする請求項１０に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記磁気センサから検出された漏れ磁束信号を溝の大きさ信号に変換する信号変換部と、予め設定されている正常状態の溝の大きさ基準値と信号変換部から出力された溝の大きさ実際値とを比較演算して、欠陥の有無を判断する演算部とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１４】
前記演算部は、予め設定されている正常状態の溝の間隔基準値と信号変換部から出力された溝の間隔実際値とを比較演算して、欠陥の有無を判断する構造であることを特徴とする請求項１３に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記演算部の出力信号によって設備の駆動を制御する設備制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１６】
前記検出部は、前記漏れ磁束測定部と鋼板との間の間隔を調節する駆動部をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
方向性電磁鋼板にレーザを照射して永久的に鋼板の磁区を微細化処理する方向性電磁鋼板の磁区微細化方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、変圧器のような電気機器の電力損失を低減し効率を向上させるために、鉄損が低く磁束密度が高い磁気的特性を有する方向性電磁鋼板が要求される。
【０００３】
方向性電磁鋼板の鉄損を低減するために、鋼板表面に機械的方法やレーザビームを照射して圧延方向に対して垂直方向に磁区を微細化することによって、鉄損を減少させる技術が開示されている。磁区微細化方法は、応力除去焼鈍後、磁区微細化改善効果を維持するか否かによって、一時磁区微細化と永久磁区微細化に大きく区分することができる。一時磁区微細化方法は、応力除去焼鈍後、磁区微細化効果を失うという欠点がある。一時磁区微細化方法は、鋼板表面に局部的な圧縮応力部を形成させることにより磁区を微細化させる。しかし、このような方法は、鋼板表面の絶縁コーティング層の損傷を起こすため、再コーティングが要求され、最終製品ではない中間工程で磁区微細化処理をするため、製造費用が高いという欠点がある。
【０００４】
永久磁区微細化方法は、熱処理後にも鉄損改善効果を維持することができる。永久磁区微細化処理のために、エッチング工法やロール工法、レーザ工法を利用した技術が主に用いられている。エッチング工法の場合、溝形成深さや幅の制御が難しく、最終製品の鉄損特性の保証が難しく、酸容液を使用することから、境親に優しくないという欠点がある。ロールを用いた工法の場合、機械加工に対する安定性、信頼性およびプロセスが複雑であるという欠点がある。
【０００５】
レーザを用いて鋼板を永久磁区微細化する工法は、鋼板を支持し張力を調節した状態で鋼板の表面にレーザビームを照射して、鋼板表面に溶融溝を形成して磁区を微細化させることができる。このように、レーザを用いて磁区を微細化するにあたり、高速処理が可能でかつ、電磁鋼板の鉄損を低くし、磁束密度を高められるように、より効果的な工程の改善と最適化が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
設備と工程を最適化することで、これにより、磁区微細化効率を高め、作業性を改善して処理能力を増大させることができる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法とその装置を提供する。
【０００７】
作業過程で鋼板表面に形成された磁区微細化溝の加工状態を正確に確認して、溝の欠陥の有無を検出することができる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法とその装置を提供する。
鋼板表面に形成された磁区微細化溝の加工状態を最適化することができる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法とその装置を提供する。
磁区微細化溝の加工状態を確認し、これを直ちに設備に反映することがきる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法とその装置を提供する。
装備の初期設定にかかる時間を短縮して生産性を高めることができる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法とその装置を提供する。
【０００８】
これにより、設備を常に最適状態で運営することができ、微細化溝の欠陥を迅速に検出してこれを改善することができる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法とその装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の磁区微細化方法は、生産ラインに沿って進行する鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、鋼板表面にレーザビームを照射して、前記鋼板を溶融させて鋼板表面に溝を形成するレーザ照射段階と、鋼板の進行過程で鋼板表面に形成された溝の欠陥の有無を検出する検出段階とを含むことができる。
【００１０】
前記検出段階は、鋼板に形成される溝の大きさを測定する段階を含むことができる。前記検出段階は、鋼板に形成される溝の形成間隔を検出する段階をさらに含んでもよい。前記検出段階は、漏れ磁束測定法によって鋼板の溝を測定することができる。
前記検出段階は、鋼板表面に磁場を印加して磁化させる段階と、溝によって形成される漏れ磁束を検出する段階と、検出された漏れ磁束を演算して、溝の欠陥を確認する段階とを含むことができる。
【００１１】
前記検出段階で測定された結果に基づき、鋼板に対するレーザの焦点位置を調整する矯正段階をさらに含んでもよい。前記矯正段階は、正常状態の溝の深さを基準値に設定する段階と、検出された溝の深さを前記基準値と比較する演算段階と、前記演算段階で検出された溝の深さ偏差に応じて鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を調節して、鋼板に対して焦点位置を調節する位置調節段階とを含むことができる。
【００１２】
前記位置調節段階は、実際の溝の深さと基準値との偏差を確認して、偏差が２μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を上下方向のいずれか一方向に設定値だけ調節する一次調節段階と、一次調節後に検出された溝の深さを前記基準値と比較演算し、演算された深さ偏差が２μｍ未満かつ１μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を一次調節時と同じ方向に設定値だけ調節する追加調節段階と、一次調節後に検出された溝の深さを前記基準値と比較演算して、２μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を一次調節時の逆方向に設定値だけ調節する逆調節段階と、逆調節後に検出された溝の深さを前記基準値と比較演算し、演算された深さ偏差が２μｍ未満かつ１μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を逆調節時と同じ方向に設定値だけ調節する逆追加調節段階とを含むことができる。
【００１３】
前記矯正段階は、工程初期に鋼板支持ロールの位置や集光ミラーの位置を設定する初期位置設定段階をさらに含んでもよい。
【００１４】
前記初期位置設定段階は、設定された時間間隔に応じて鋼板支持ロールの位置を変化させる段階と、前記鋼板支持ロールの位置変化に応じた溝の深さの変化を検出する段階と、鋼板支持ロールの位置とこれによる溝の深さデータにより溝の深さが最も深い時の鋼板支持ロールの位置を演算する段階と、演算された値に応じて鋼板支持ロールの位置またはレーザを照射する集光ミラーの位置を調節する段階とを含むことができる。
【００１５】
前記レーザ照射段階は、鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る時のレーザビーム照射位置を基準点として、前記基準点における鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置に、レーザビームを照射することができる。前記レーザ照射段階において、レーザビームは、前記基準点に対して、鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲で照射される。
【００１６】
前記磁区微細化方法は、レーザ照射が進行するレーザルーム内部の動作環境を設定し維持する設定維持段階をさらに含んでもよい。前記磁区微細化方法は、前記鋼板が平らに展開された状態に維持されるように、前記鋼板に張力を付与する張力制御段階をさらに含んでもよい。前記磁区微細化方法は、鋼板を生産ラインの中央に沿って左右に傾くことなく移動させる蛇行制御段階をさらに含んでもよい。
【００１７】
前記設定維持段階は、レーザルームの内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する段階と、レーザルームの内部温度と圧力および湿度を制御する段階とを含むことができる。
【００１８】
前記磁区微細化方法は、レーザ照射段階を経て、前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッター（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理段階をさらに含んでもよい。
【００１９】
前記後処理段階は、ブラシロールで鋼板表面についたヒルアップとスパッターを除去するブラシ段階を含むことができる。前記後処理段階は、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて、鋼板表面に残存するヒルアップとスパッターを追加除去する清浄段階と、清浄段階で鋼板から除去されてアルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング段階とをさらに含んでもよい。
【００２０】
前記蛇行制御段階は、鋼板の幅中央位置が生産ラインの中央から外れた蛇行量を測定する蛇行量測定段階と、前記蛇行量測定段階で測定された鋼板の蛇行量に応じてステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）の軸を回転および移動させて、鋼板の動く方向を調整して鋼板の蛇行量を制御する蛇行量制御段階とを含むことができる。前記蛇行量制御段階は、鋼板の蛇行量を±１ｍｍ以内に制御することができる。
【００２１】
前記張力制御段階は、前記テンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）によって鋼板に張力を印加する鋼板張力印加段階と、前記鋼板張力印加段階を行った前記鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定段階と、前記鋼板張力測定段階で測定された鋼板の張力に応じて前記テンションブライドルロールの速度を調整して、鋼板の張力を制御する鋼板張力制御段階とを含むことができる。
【００２２】
前記鋼板支持ロール位置調節段階は、前記レーザ照射段階に位置する鋼板を鋼板支持ロールで支持する鋼板支持段階と、前記レーザ照射段階で鋼板へレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定する輝度測定段階と、前記輝度測定段階で測定された火炎の明るさに応じて鋼板支持ロール位置制御系によって鋼板支持ロールの位置を調整して、レーザの焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように制御する鋼板支持ロール位置制御段階とを含むことができる。
【００２３】
前記レーザ照射段階は、レーザ発振器から照射されたレーザビームが伝達された光学系によって、鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザビーム照射時に溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザビームのエネルギー密度を鋼板に伝達するレーザ照射およびエネルギー伝達段階を含むことができる。前記レーザ照射段階は、レーザ発振器制御器によって正常な作業条件下ではレーザビームを発振するレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の蛇行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザビーム発進制御段階を含むことができる。
【００２４】
前記レーザ照射段階において、レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振することができる。前記レーザ照射段階において、光学系は、レーザの走査速度を制御して、レーザビーム照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することができる。前記レーザ照射段階は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線角度を変換する角度変換段階をさらに含んでもよい。
【００２５】
前記角度変換段階は、鋼板の幅方向に対して、レーザビームの照射線角度を±４°の範囲で変換することができる。
前記レーザ照射段階は、レーザビーム照射時に発生したヒューム（ｆｕｍｅ）と溶融鉄を吸入して除去する集塵段階をさらに含んでもよい。前記集塵段階は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して、溝内部に残存する溶融鉄を除去するための噴射段階を含むことができる。
前記レーザ照射段階は、レーザビームの散乱光と熱がレーザ照射設備の光学系に流入するのを遮断する遮断段階をさらに含んでもよい。
【００２６】
本実施形態の磁区微細化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して、鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、鋼板表面に形成された溝の状態を確認して、溝の欠陥の有無を検出する検出部とを含むことができる。
【００２７】
前記検出部は、移動する鋼板を支持する不導体ロールと、不導体ロールを通る鋼板表面に磁場を印加して磁化させる磁化装置、および前記鋼板に離隔配置され、鋼板に形成された溝の漏れ磁束を測定する磁気センサを含む漏れ磁束測定部と、前記磁気センサの出力信号を演算して、溝の欠陥の有無を確認する制御部とを含むことができる。
【００２８】
前記制御部は、磁気センサから検出された漏れ磁束信号を溝の大きさ信号に変換する信号変換部と、予め設定されている正常状態の溝の大きさ基準値と、信号変換部から出力された溝の大きさ実際値とを比較演算して、欠陥の有無を判断する演算部とを含むことができる。
【００２９】
前記演算部は、予め設定されている正常状態の溝の間隔基準値と、信号変換部から出力された溝の間隔実際値とを比較演算して、欠陥の有無を判断する構造であってもよい。
前記制御部は、演算部の出力信号によって設備の駆動を制御する設備制御部をさらに含んでもよい。
【００３０】
前記検出部は、前記漏れ磁束測定部と鋼板との間の間隔を調節する駆動部をさらに含んでもよい。
前記駆動部は、設備上に鋼板に向かって設けられるレールと、レールに沿って移動する移動台車と、前記移動台車上に移動可能に設けられ、先端に前記漏れ磁束測定部が備えられた移動フレームとを含むことができる。
前記制御部は、前記駆動部に連結され、設備制御部の出力信号によって駆動部を制御作動する駆動制御部をさらに含んでもよい。
前記検出部で測定された結果に基づき、鋼板に対するレーザの焦点位置を調整する矯正部をさらに含んでもよい。
【００３１】
前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備のレーザ照射位置に合わせて鋼板を支持する鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロール位置制御系を含むことができる。
前記矯正部は、前記鋼板支持ロールの位置またはレーザを照射する集光ミラーの位置を調節する構造であってもよい。
【００３２】
前記レーザ照射設備は、鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る時のレーザビーム照射位置を基準点として、前記基準点における鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置にレーザビームが照射する構造であってもよい。
【００３３】
前記レーザ照射設備は、レーザビームを、前記基準点に対して、鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲に照射する構造であってもよい。
前記鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備とを外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームをさらに含んでもよい。
【００３４】
鋼板が平らに展開された状態に維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含んでもよい。
鋼板を生産ラインの中央に沿って左右に傾くことなく移動させる蛇行制御設備をさらに含んでもよい。
【００３５】
前記レーザルームは、前記レーザ照射設備と鋼板支持ロール位置制御設備とを収容して外部と隔離させるように内部空間を形成し、鋼板の進行方向に沿って両側面には入口と出口が形成され、内部にはレーザルームの内部圧力を外部より高めるための陽圧装置と、レーザ照射設備の光学系が位置した上部空間を鋼板の通る下部空間と分離させる光学系下部フレームと、レーザルームの内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器とを含むことができる。
【００３６】
前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッター（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含んでもよい。
前記後処理設備は、レーザルームの後段に配置され、鋼板表面のヒルアップとスパッターを除去するブラシロールを含むことができる。
前記後処理設備は、ブラシロールの後段に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて、鋼板表面に残存するヒルアップとスパッターを追加除去する清浄ユニットと、清浄ユニットに連結され、清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部とをさらに含んでもよい。
【００３７】
前記蛇行制御設備は、前記鋼板の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）と、前記鋼板の幅中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（蛇行量）を測定するための蛇行測定センサと、前記蛇行測定センサの出力値に応じて前記ステアリングロールの軸を回転および移動させて、鋼板の動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）とを含むことができる。
【００３８】
前記張力制御設備は、前記鋼板に張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）と、前記テンションブライドルロールを通過した前記鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定センサと、前記鋼板張力測定センサで測定された鋼板の張力に応じて前記テンションブライドルロールの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系とを含むことができる。
【００３９】
前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備の位置で鋼板を支持する鋼板支持ロールと、前記レーザ照射設備から鋼板へレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサと、前記輝度測定センサで測定された火炎の明るさに応じて前記鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロール位置制御系とを含むことができる。
【００４０】
前記レーザ照射設備は、連続波レーザビームを発振するためのレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発進した前記レーザビームを鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する光学系とを含むことができる。
【００４１】
前記レーザ照射設備は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板蛇行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザ発振器制御器をさらに含んでもよい。前記レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振することができる。
【００４２】
前記光学系は、レーザの走査速度を制御して、レーザ照射線の間隔を圧延方向に沿って２〜３０ｍｍに調整することができる。
前記レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系が駆動部によって回転可能な構造となり、前記光学系が鋼板に対して回転して、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線角度を変換する構造であることができる。
前記レーザ照射設備は、レーザ散乱光と熱が光学系に流入するのを遮断する遮蔽部をさらに含むことができる。前記レーザ照射設備は、前記鋼板にレーザビーム照射によって生成されたヒュームとスパッターを除去するための溶融鉄除去設備をさらに含んでもよい。前記溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して、溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフと、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フードとを含むことができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、鋼板を２ｍ／ｓｅｃ以上の高速に進行させながらも、安定的にレーザによる磁区微細化工程を進行させて、電磁鋼板の熱処理前後の鉄損改善率をそれぞれ５％以上、１０％以上確保することができる。また、連続的な磁区微細化工程により、鋼板が連続的に移動する状態で鋼板表面に微細に形成された溝の状態を検出して、欠陥の有無をリアルタイムに正確に測定可能になり、加工不良発生時、即時設備に反映して微細化溝の欠陥を治癒したり工程の進行を中止させることによって、不良製品の生産を最小化することができる。
【００４４】
鋼板に形成される溝の幅方向の不良の有無を正確に検出して、設備の光学系のどの位置で問題が発生したかを正確に確認することができ、選別的な補完整備を通じてより容易かつ迅速に問題を解決することができる。さらに、装備の初期設定にかかる時間を短縮して生産性を極大化することができる。
また、磁区微細化効率を高め作業性を改善して磁区微細化処理能力を増大させることができる。
さらに、レーザ照射により形成されたヒルアップとスパッターなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高めることができる。
また、工程に必要な最適な動作環境を提供することによって、高品質の製品を大量に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の他の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】本実施形態により磁区微細化処理された鋼板を示す概略図である。
【図４】本実施形態によるレーザ照射設備の光学系の構成を示す概略図である。
【図５】本実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の検出部の構成を示す概略図である。
【図６】本実施形態による検出部の作用を説明するための図である。
【図７】本実施形態により鋼板に形成された溝の欠陥検出結果を示す図である。
【図８】本実施形態により初期位置設定過程を説明するためのグラフである。
【図９】本実施形態による溝の欠陥矯正過程を示す概略的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下で使用される専門用語は、単に特定の実施例を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数表現は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数も含んでいる。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外させるわけではない。
【００４７】
以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例を説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施例は、本発明の概念と範囲を逸脱しない限度内で多様な形態に変形可能である。そのため、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
【００４８】
以下の説明において、本実施形態は、変圧器の鉄心素材などに用いられる方向性電磁鋼板の永久磁区微細化のための設備を例として説明する。
図１と図２は、方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の実施形態を概略的に示しており、図３は、本実施形態により磁区微細化処理された鋼板を示している。以下の説明において、圧延方向または鋼板の移動方向は、図３におけるｘ軸方向であり、幅方向は、圧延方向に直角な方向で図３におけるｙ軸方向であり、幅は、ｙ軸方向に対する鋼板の長さを意味する。図３にて、図面符号３１は、レーザビームによって溝状にえぐられて、鋼板１の表面に連続的に形成された照射線を示す。
【００４９】
図１を参照すれば、本実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置は、鋼板１が２ｍ／ｓ以上の高速に進行しても安定的に永久磁区微細化処理を行う。
本実施形態の磁区微細化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板１を支持しながら鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して、鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、鋼板表面に形成された溝の状態を確認して、溝の欠陥の有無を検出する検出部５０とを含むことができる。
【００５０】
図１に示されるように、前記検出部５０は、装置の後段に配置され、連続的に進行する鋼板に形成された溝の状態を確認して、欠陥の有無を検出する。前記検出部については、後で再び詳細に説明する。
また、前記磁区微細化装置は、前記鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備とを外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルーム２０をさらに含んでもよい。
【００５１】
さらに、前記磁区微細化装置は、鋼板が傾くことなく平らに展開された状態に維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含んでもよい。また、前記磁区微細化装置は、鋼板を生産ラインの中央に沿って左右に傾くことなく移動させる蛇行制御設備をさらに含んでもよい。
【００５２】
さらに、前記磁区微細化装置は、レーザビーム照射により前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッター（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含んでもよい。ヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）は、鋼板表面にレーザビームを照射して溝を形成する時、鋼板で溶融した鉄が溝部位の両側に一定の高さ以上に堆積して形成される部分を意味する。スパッター（ｓｐａｔｔｅｒ）は、レーザビーム照射時に発生して鋼板表面に凝固した溶融鉄を意味する。
【００５３】
前記蛇行制御設備は、前記鋼板１の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）２Ａ、２Ｂと、前記鋼板１の幅中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（蛇行量）を測定するための蛇行測定センサ４と、前記蛇行測定センサ４の検出信号を演算して、前記ステアリングロール２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させて、鋼板１の動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）３とを含むことができる。
【００５４】
蛇行測定センサ４は、ステアリングロール２Ｂの後段に配置され、ステアリングロールを経た鋼板の実際の蛇行量をリアルタイムに検出する。前記蛇行制御設備によって鋼板が生産ラインの中央に沿って左右傾くことなく真っすぐに移動することによって、鋼板の全幅にわたって鋼板表面に溝を形成することができる。前記蛇行制御設備は、レーザ照射による鋼板表面の溝形成前工程で、蛇行測定センサ４によって鋼板の蛇行量が測定される。蛇行測定センサ４によって測定された値は鋼板中央位置制御系に出力され、鋼板中央位置制御系は、蛇行測定センサの出力値を演算して、演算された蛇行程度に応じてステアリングロール２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させる。このように、ステアリングロール２Ａ、２Ｂが回転および移動することによって、ステアリングロールに巻かれて移動する鋼板の動く方向が調整される。これにより、前記鋼板の蛇行量が制御されて、鋼板１の蛇行量を±１ｍｍ以内に制御することができる。
【００５５】
前記張力制御設備は、前記鋼板１に一定大きさの張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂと、前記テンションブライドルロールを通過した前記鋼板１の張力を測定するための鋼板張力測定センサ７と、前記鋼板張力測定センサ７で測定された鋼板１の張力に応じて前記テンションブライドルロール５Ａ、５Ｂの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６とを含むことができる。
【００５６】
前記鋼板張力測定センサ７は、テンションブライドルロール５Ｂの後段に配置され、テンションブライドルロール５Ｂを経て張力が付与された鋼板の実際の張力をリアルタイムに測定する。本実施形態において、鋼板の張力は、レーザ照射設備のレーザ照射位置における鋼板表面の形状を平らにしかつ、あまりにも過度な張力によって鋼板の破断が発生しないように設定される。
前記張力制御設備は、設定された範囲内の鋼板の張力で操業するために、鋼板張力測定センサ７で測定された鋼板の張力に応じて鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６によってテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂの速度を調整する。これにより、前記張力制御設備は、鋼板１の張力誤差が前記設定範囲以内となるように制御して、鋼板に張力を付与する。
【００５７】
前記張力制御設備を通過した鋼板は、レーザルーム２０の内部に流入して、鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備を経て磁区微細化加工された後、レーザルーム２０の外部に抜け出る。前記レーザルームについては、後で再び説明する。
【００５８】
本実施形態において、レーザルーム２０の内部には、レーザ照射設備の真下側に鋼板支持ロール９が配置され、鋼板支持ロールを挟んで両側にそれぞれデフレクタロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂが配置される。
【００５９】
鋼板１の移動方向は、デフレクタロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂによって鋼板支持ロール９に向かうように転換される。鋼板１は、デフレクタロール８Ａを通りながら鋼板支持ロール９側に移動方向が転換されて鋼板支持ロール９に接した後、再びデフレクタロール８Ｂ側に方向が転換されてデフレクタロール８Ｂを通って移動する。
【００６０】
鋼板１は、デフレクタロールによって鋼板支持ロール９に沿って円弧状に巻かれて鋼板支持ロールに面接触しながら通る。レーザビーム照射時、鋼板の振動およびウェーブによるレーザビームの焦点距離の変動を最小化するためには、鋼板が鋼板支持ロールに十分に面接触して通らなければならず、この状態で、鋼板支持ロールに沿って進行する鋼板にレーザビームを照射しなければならない。本実施形態では、前記のように鋼板支持ロールに鋼板が面接触することによって、鋼板に対してレーザビームを正確に照射することができる。
【００６１】
前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備のレーザ照射位置に合わせて鋼板１を支持する鋼板支持ロール９と、鋼板支持ロール９の位置を制御するための鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系１２とを含むことができる。前記鋼板支持ロール位置調節設備は、鋼板支持ロール９で鋼板１を支持して、レーザの鋼板照射効率が高い焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板１を位置させる。鋼板支持ロール位置調節設備は、鋼板１にレーザビームの焦点が合わされるように、鋼板支持ロール９の位置を全体的に上下に調整する。また、前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備から鋼板１にレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサ１０を含むことができる。
【００６２】
鋼板へレーザ照射時に発生する火炎の明るさが最も良い状態となるように、鋼板支持ロール９の位置を全体的に上下に調整する。鋼板へレーザ照射時に発生する火炎の明るさは、輝度測定センサ１０を用いて測定することができる。
レーザビームの焦点が鋼板に正確に合わされるためには、レーザビームを照射する集光ミラー３５と鋼板支持ロール９に支持されている鋼板１との間の距離が、レーザビームの焦点距離と一致しなければならない。集光ミラー３５の位置や鋼板支持ロール９の位置を上下に調節することによって、集光ミラーと鋼板との間の距離を焦点距離に正確に合わせることができる。これにより、焦点深度内に鋼板が位置してレーザビームの焦点が正確に鋼板に結ばれるようになり、鋼板に溝が深く形成される。
【００６３】
本実施形態において、前記鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備の光学系から鋼板表面の間の実際の距離を測定するための距離測定センサ１１をさらに含んでもよい。
前記鋼板支持ロール位置制御系１２は、輝度測定センサ１０から検出された火炎の明るさと距離測定センサ１１から実際に測定された光学系と鋼板表面との間の距離を演算して、鋼板支持ロール９の位置をより精密に制御する。
【００６４】
また、図２に示されるように、前記鋼板支持ロール位置制御系１２は、後述する矯正部７０の制御信号によって鋼板支持ロール位置調節設備を制御して、鋼板支持ロール９の位置を精密に調節することができる。
【００６５】
前記蛇行制御設備、張力制御設備、および鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備によって精密に鋼板にレーザ溝を形成させられるように、レーザ照射位置における鋼板条件を設ける役割を果たす。レーザ照射位置における鋼板は、鋼板の中央位置が生産ラインの中央位置になければならず、光学系との距離が設定された値に維持されなければならない。
前記レーザ照射設備は、レーザ発振器制御器１３と、連続波レーザビーム１６を発振するためのレーザ発振器１４と、光学系１５とを含むことができる。
【００６６】
図４に示されるように、前記光学系１５は、回転可能に設けられ、鋼板の幅方向に対するレーザビーム照射線の角度を付与するモジュールプレート３７と、前記モジュールプレート３７を回転させるための駆動部３６と、前記モジュールプレート３７に設けられ、レーザ発振器１４から印加されたレーザビームを光学系１５の内部に出射するヘッダ３９と、モジュールプレート３７に回転可能に設けられ、ヘッダ３９から出射したレーザビームを反射させるポリゴンミラー３２と、前記ポリゴンミラー３２を回転駆動させる回転モータ３３と、前記モジュールプレート３７に設けられ、前記ポリゴンミラー３２で反射したレーザビーム１６を鋼板側に反射させて鋼板に集光させる集光ミラー３５と、前記集光ミラー３５に連結され、集光ミラー３５を移動させてレーザビームの焦点距離を調節する駆動モータ３４と、前記モジュールプレート３７に設けられ、レーザビーム照射の有無によってモジュールプレート３７を選択的に遮断するシャッタ３８とを含むことができる。
【００６７】
前記光学系１５は、光学ボックスをなすモジュールプレート３７内にヘッダ３９、ポリゴンミラー３２、集光ミラー３５、およびシャッタが配置されて１つのボディをなす。レーザ発振器１４とヘッダ３９は、例えば、光ケーブル４１で連結される。これにより、レーザ発振器１４から出たレーザは、光ケーブル４１に乗ってヘッダ３９に送られる。前記光学ボックスをなすモジュールプレート３７の内部で、ヘッダ３９とポリゴンミラー３２および集光ミラー３５は、レーザビーム１６を所望の位置に反射させるために定位置に配置される。図４に示されるように、例えば、前記ヘッダ３９は、ポリゴンミラー３２を挟んで両側に配置され、それぞれポリゴンミラー３２に向かってレーザビームをそれぞれ出射する構造であってもよい。ポリゴンミラー３２で反射するそれぞれのレーザビームに合わせて２つの集光ミラー３５が配置される。ヘッダ３９から出射したレーザビームは、回転モータ３３の駆動によって回転するポリゴンミラー３２で反射して集光ミラー３５に送られる。集光ミラー３５に反射したレーザビーム１６は、集光ミラー３５からシャッタ３８を介して鋼板側に反射し、鋼板１の表面に集光する。これにより、鋼板表面にレーザビームが周期的に照射されて幅方向に連続溝を形成する。
【００６８】
光学系１５によるレーザビーム１６の全体的な焦点距離は、鋼板支持ロール９の上下移動によって調整され、左右焦点距離が合わないものは、集光ミラー３５に連設されている駆動モータ３４によって調整される。
【００６９】
前記シャッタ３８は、モジュールプレート３７の下部に設けられ、モジュールプレート３７を開閉する。前記シャッタ３８は、集光ミラー３５からレーザビームが下部に照射される時に開放されて、レーザビームとの干渉を防止し、レーザビームが照射されない時は閉鎖されて、外部のヒュームや異物が光学系１５の内部に流入するのを遮断する。
【００７０】
鋼板蛇行量が過度であれば、鋼板がレーザ照射位置から外れて、鋼板支持ロール９にレーザが照射されながら損傷が発生する。これにより、鋼板支持ロールの損傷を防止するために、前記レーザ発振器制御器１３は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板蛇行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御する。
【００７１】
前記レーザ発振器１４は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振して前記光学系１５に伝達することができる。光学系１５は、伝達されたレーザビーム１６を鋼板表面に照射する。
【００７２】
レーザ発振器１４と光学系１５は、レーザビームを鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達することができる。前記光学系１５は、レーザの走査速度を制御する機能があり、レーザ照射線（図３の３１）の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することができる。これにより、レーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ、Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の影響を最小化して、鋼板の鉄損を改善することができる。
【００７３】
また、前記レーザ照射設備は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造であってもよい。本実施形態において、前記レーザ照射設備は、鋼板の幅方向に対して、レーザビームの照射線角度を±４°の範囲に変換することができる。
【００７４】
このために、前記レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系１５が駆動部３６によって回転可能な構造となり、鋼板表面に形成されるレーザビームの照射線角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造であってもよい。このように、光学系によるレーザビームの照射線角度が変換されることによって、レーザビームによる照射線３１は、鋼板の圧延方向に対して直角な方向で±４°の範囲に傾いて形成される。したがって、レーザによる溝形成による磁束密度の低下を最小化することができる。また、本実施形態において、前記レーザ照射設備は、鋼板１に対するレーザビームの照射位置を制御して、鋼板に照射されるレーザビームが鋼板で反射して光学系やレーザ発振器に入るバックリフレクション現象を防止する構造となっている。
【００７５】
このために、図４に示されるように、前記レーザ照射設備は、鋼板支持ロール９の表面に円弧状に接して進行する鋼板表面に対して、光学系１５から照射されるレーザビームの照射方向が、鋼板支持ロール９の中心軸を通る時のレーザビーム照射位置を基準点Ｐとして、前記基準点Ｐから鋼板支持ロール９の中心から外周面に沿って角度（以下、説明の便宜のために離隔角度Ｒという）をおいて離隔した位置にレーザビームを照射する構造であってもよい。
【００７６】
前記基準点Ｐとは、図４にて、鋼板支持ロール９の中心軸を通る線と鋼板との接する地点である。レーザビームの照射方向が鋼板支持ロール９の中心軸を通る場合、レーザビームの焦点は、基準点Ｐに合わされる。この場合、レーザビームの照射方向が基準点Ｐにおける鋼板支持ロール９の接線と直角をなすことによって、鋼板に当たって反射するレーザビームがそのまま光学系とレーザ発振器に入って損傷をきたすバックリフレクション現象が発生する。
【００７７】
本実施形態によるレーザ照射設備は、前記のように、基準点Ｐから離隔角度Ｒだけ離隔した位置にレーザビームを照射することによって、鋼板で再反射するレーザビームが光学系に入射しなくなる。したがって、前記バックリフレクション現象を防止し、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持することができる。
【００７８】
本実施形態において、前記離隔角度Ｒは，前記基準点Ｐに対して、鋼板支持ロール９の中心から外周面に沿って３〜７°の範囲に設定される。
前記レーザビームが照射される位置である離隔角度Ｒが３°より小さい場合には、鋼板で再反射するレーザビームの一部が光学系やレーザ発振器に流入しうる。前記離隔角度Ｒが７°を超えると、レーザビームによる溝の形成がうまく行われず溝の形成不良が発生しうる。
【００７９】
このように、本実施形態のレーザ照射設備は、基準点Ｐを中心に所定角度離隔した地点から鋼板にレーザを照射することによって、バックリフレクション現象を防止し、レーザビームの反射時に入射光路と干渉せず、レーザビームによって形成される溝形状の品質を安定的に維持することができる。
【００８０】
また、前記レーザ照射設備は、前記鋼板にレーザビーム照射によって生成されたヒュームとスパッターを除去するための溶融鉄除去設備をさらに含んでもよい。
前記溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して、溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフ１７と、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フード１９Ａ、１９Ｂとを含むことができる。前記エアナイフと集塵フードを介してレーザ照射時に生成されたヒュームが除去されて、光学系の内部にヒュームが流入するのを防止することができる。前記エアナイフ１７は、前記鋼板１の溝内部に一定大きさの圧力Ｐａを有する圧縮乾燥空気を噴射して、溝内部に残存する溶融鉄を除去する。前記エアナイフ１７における前記圧縮乾燥空気は、０．２ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力Ｐａを有することが好ましい。前記圧縮乾燥空気の圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ２より小さい場合においては、溝内部の溶融鉄除去が不可で鉄損改善効果を確保できないからである。エアナイフによって除去されたヒュームとスパッターは、レーザ照射位置の前後に配置された集塵フード１９Ａ、１９Ｂによって除去される。
【００８１】
また、前記レーザ照射設備は、レーザビームの反射光と散乱光および輻射熱が光学系に流入するのを遮断する遮蔽部１８をさらに含んでもよい。前記遮蔽部１８は、鋼板に照射されたレーザビーム１６の反射と散乱によって光学系に流入する反射光と散乱光を遮断することによって、反射光と散乱光による輻射熱によって光学系が加熱して熱変形するのを防止する。
【００８２】
前記レーザルーム２０は、内部空間を有するルーム構造物で、内部には前記レーザ照射設備と鋼板支持ロール９位置制御設備とを収容して外部と隔離させ、これらの円滑な駆動のための適切な動作環境を提供する。
鋼板の進行方向に沿って前記レーザルーム２０の入側と出側にはそれぞれ入口と出口が形成される。前記レーザルーム２０は、外部の埃などによって内部空間が汚染しないように、汚染物質の流入を遮断する施設を備える。このために、前記レーザルーム２０は、内部圧力を外部より高めるための陽圧装置２３を備える。前記陽圧装置２３は、レーザルーム２０の内部圧力を外部圧力より相対的に高く維持する。これにより、外部の異物がレーザルーム２０の内部に流入するのを防止することができる。また、鋼板が出入する前記入口および出口にはエアカーテン２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが設けられる。前記エアカーテンは、鋼板がレーザルーム２０に入り抜け出る通路である入口と出口に空気を噴射して膜を形成することによって、入口と出口を通して埃などが流入するのを遮断する。また、前記レーザルーム２０の内部汚染を防止するために、レーザルーム２０の出入口であるドアにはシャワーブース２１が設けられる。前記シャワーブース２１は、レーザルーム２０に入る出入者の体についた異物を除去する。
【００８３】
前記レーザルーム２０は、実質的にレーザビームによる鋼板の磁区微細化工程が進行する空間で、内部環境の変化を最小化し適正環境を維持させる必要がある。このために、前記レーザルーム２０は、レーザ照射設備のレーザ発振器１４と光学系１５などが位置した上部空間を鋼板１の通る下部空間と分離させる光学系下部フレーム２４と、レーザルーム２０の内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器２５とを備える。
前記光学系下部フレーム２４は、レーザ発振器１４と光学系１５などの主要設備の動作環境をより徹底して管理できるようにする。前記光学系下部フレーム２４は、レーザルーム２０の内部で鋼板の通る光学系下部空間と、レーザ発振器と光学系ミラーが位置した光学系上部空間とを分離するように設けられる。光学系下部フレーム２４によってレーザルーム２０の内部でも光学系上部空間が別途に分離されて、レーザ発振器や光学系などの主要設備に対する汚染防止と温度および湿度の制御がより容易になる。
【００８４】
前記恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０の内部温度と湿度を調節して適正環境を提供する。本実施形態において、前記恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０の内部温度を２０〜２５℃に維持し、湿度を５０％以下に維持することができる。このように、レーザルーム２０の内部空間は、作業環境に適した温度と湿度に維持され続けて、最適な状態で鋼板に対して磁区微細化工程が進行する。したがって、工程に必要な最適な動作環境下で高品質の製品を大量に生産することができる。
【００８５】
本実施形態の磁区微細化装置は、前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッター（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含んでもよい。ヒルアップとスパッターは、製品の絶縁性と占積率低下の原因になるので、前記後処理設備により完全に除去することによって、製品の品質を高めることができる。
【００８６】
前記後処理設備は、鋼板の移動方向に沿ってレーザルーム２０の後段に配置され、鋼板表面のヒルアップとスパッターを除去するブラシロール２６Ａ、２６Ｂを含むことができる。前記ブラシロール２６Ａ、２６Ｂは、駆動モータによって高速に回転し、動作時に発生する駆動モータの電流値を設定された目標値に制御する電流制御系と、ブラシロールと鋼板との間の間隔を調節して制御するブラシ位置制御系によって回転速度と鋼板との間隔が制御される。前記ブラシロールは、レーザビームによる溝が形成された鋼板の一面にのみ配置されたり、鋼板の両面に配置される。前記ブラシロール２６Ａ、２６Ｂは、鋼板表面に密着して高速に回転しながら鋼板表面に付着しているヒルアップとスパッターなどを除去する。図１に示されるように、前記ブラシロール２６Ａ、２６Ｂに近接してブラシロールによって除去されたヒルアップとスパッターを排出するための集塵フード１９Ｃがさらに設けられる。前記集塵フード１９Ｃは、ブラシロール２６Ａ、２６Ｂによって鋼板から落とされたヒルアップとスパッターなどの溶融鉄を吸入して外部に排出する。
【００８７】
また、前記後処理設備は、ブラシロール２６Ａ、２６Ｂの後段に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて、鋼板表面に残存するヒルアップとスパッターを追加除去する清浄ユニット２９と、清浄ユニットに連結され、清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部３０とをさらに含んでもよい。鋼板は、ブラシロール２６Ａ、２６Ｂを経て一次的にヒルアップとスパッターが除去され、清浄ユニット２９を通りながら二次的に残存するヒルアップとスパッターが除去される。これにより、鋼板表面に付着したヒルアップとスパッターをより完璧に除去して製品の品質を高めることができる。
【００８８】
前記清浄ユニット２９は、内部にアルカリ溶液が満たされ、一側にフィルタリング部３０が連結される。前記清浄ユニットにより鋼板を処理することによって、内部のアルカリ溶液に鋼板から除去されたヒルアップとスパッターが累積されて、鋼板の清浄性能が低下する。前記フィルタリング部３０は、清浄ユニットのアルカリ溶液を循環させながらアルカリ溶液に含まれているヒルアップとスパッターを除去する。前記フィルタリング部３０は、ヒルアップとスパッターを除去してアルカリ溶液の鉄分含有量を５００ｐｐｍ以下に管理する。このように、清浄ユニットの清浄性能の低下を防止して、連続的に鋼板を処理することができる。
【００８９】
図５は、本実施形態により装置の後段に備えられる検出部５０を示している。前記検出部５０は、前記後処理設備の後段に配置され、最終的に鋼板１の表面に形成された溝３１の加工状態をモニタリングして、欠陥の有無を検出する。図５に示されるように、前記検出部５０は、移動する鋼板を支持する不導体ロール５１と、磁化装置５３および磁気センサ５４を含む漏れ磁束測定部５２と、前記磁気センサ５４の出力信号を演算して、溝の欠陥の有無を確認する制御部５５とを含むことができる。
【００９０】
前記磁化装置５３は、不導体ロール５１を通る鋼板表面に磁場を印加して磁化させる構造となっており、前記磁気センサ５４は、前記鋼板に離隔配置され、鋼板に形成された溝の漏れ磁束を測定する。前記不導体ロール５１は、自体で電気を伝達しない不導体材質からなるロールである。前記不導体ロール５１は、鋼板と十分な面積で接触した状態で漏れ磁束測定部５２に対して鋼板を安定的に支持する。鋼板は、前記不導体ロール５１の表面を円弧状に接して進行することができる。
前記漏れ磁束測定部５２は、漏れ磁束測定原理（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ  ｌｅａｋａｇｅ）を利用して強磁性体である鋼板表面の不連続区間つまり、溝から漏れる磁束を測定する。
【００９１】
このために、前記漏れ磁束測定部５２は、鋼板表面に磁場を印加して磁化させる磁化装置５３と、磁化装置５３によって磁化した鋼板の不連続区間である溝からの漏れ磁束を測定する磁気センサ５４とを含む。前記磁化装置５３と磁気センサ５４は、１つまたは２つ以上の複数個が鋼板表面に幅方向に沿って配設される。これにより、漏れ磁束測定部５２は、鋼板の幅方向に形成された溝の全体長さに対して溝の大きさ、例えば、溝の深さと幅の大きさを測定することができる。また、前記鋼板は、漏れ磁束測定部５２を連続的に通るので、前記漏れ磁束測定部５２は、鋼板表面に形成された溝の形成間隔を検出することができる。
【００９２】
図６は、前記漏れ磁束測定部による測定原理を示している。図６に示されるように、磁化装置は、強磁性体（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｅｔａｌ）である測定対象表面に磁場を印加して測定対象を磁化させる。測定対象表面に形成された溝、浸食、クラックなどの不連続区間では漏れ磁束（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｌｅａｋ）が発生するが、測定対象に離隔配置されている磁気センサにこのような漏れ磁束が測定される。これにより、測定された漏れ磁束を分析することによって、測定対象に形成された不連続区間の大きさなどを確認することができる。
【００９３】
このような原理により、本実施形態の漏れ磁束測定部５２は、鋼板１が連続的に進行する状態で、強磁性体である鋼板表面に形成された溝に対する漏れ磁束を正確に検出することができる。
前記制御部５５は、漏れ磁束測定部５２から検出された漏れ磁束信号を演算して、溝の欠陥の有無を検出する。本実施形態において、前記制御部５５は、磁気センサ５４から検出された漏れ磁束信号を溝の深さ信号に変換する信号変換部５６と、予め設定されている正常状態の溝の大きさ基準値と信号変換部５６から出力された溝の大きさ実際値とを比較演算して、欠陥の有無を判断する演算部５７とを含むことができる。      
【００９４】
磁気センサ５４から印加される信号は漏れ磁束値で、前記信号変換部５６は、磁気センサ５４から印加される信号を溝の大きさ値に変換させる。信号変換部５６により、溝の大きさに対する実際値が求められる。
【００９５】
前記演算部５７は、内部に正常状態の溝の大きさに対する基準値をデータとして格納する。前記演算部５７は、信号変換部５６に連結され、信号変換部５６から印加された溝の大きさ実際値と内部に格納されている溝の大きさ基準値とを比較演算して、欠陥の有無を判断する。つまり、前記演算部５７は、溝の大きさ実際値が溝の大きさ基準値に近接する場合に正常状態と判断し、溝の大きさ基準値から大きく外れる場合に欠陥があると判断することができる。また、前記演算部５７は、内部に正常状態の溝の形成間隔に対する基準値をデータとして格納する。これにより、前記演算部５７は、信号変換部５６から印加された信号により確認された溝の実際間隔値と内部に格納されている溝の間隔基準値とを比較演算して、欠陥の有無を判断することができる。
【００９６】
さらに、前記演算部５７は、鋼板の幅方向に沿って溝の全体長さに対して溝の欠陥の有無を検出するので、欠陥のある溝に対して、より具体的に溝のどの位置に欠陥があるかを確認することができる。鋼板の幅方向の長さに応じてレーザ照射のための集光ミラーなどの必要構成部の複数個が鋼板の幅方向に沿って配置される。これにより、溝のどの位置に欠陥があるかを検出することによって、鋼板の幅方向に沿って配置された複数の構成部のうち何番目の構成部に問題があるかを正確に確認することができる。したがって、当該構成部に対して選別的に整備などの補完措置が可能になる。
このように、前記検出部５０は、鋼板に磁区微細化溝を形成する工程状態で実際の鋼板表面に形成された溝の加工状態をモニタリングして、欠陥の有無を確認することができ、このような結果を即時に設備に反映して必要な措置を取ることができる。
【００９７】
このために、前記制御部５５は、演算部５７の出力信号によって設備の駆動を制御する設備制御部５８をさらに含んでもよい。前記設備制御部５８は、演算部５７の出力信号によって鋼板の磁区微細化装置を構成する各構成部に制御信号を印加して装置の駆動を制御する。例えば、前記設備制御部５８は、ラインに沿って鋼板を移動させる駆動部を制御して鋼板の移動を停止させたり、レーザ照射設備の稼働を制御してレーザ溝加工を中止することができる。これにより、鋼板に形成される溝に欠陥が発生した場合、設備制御部５８の信号によって直ちに作業が中断されて、後に不良鋼板が製造されるのを防止することができる。
【００９８】
図５に示されるように、前記検出部５０は、必要時、前記漏れ磁束測定部５２と鋼板との間の間隔を調節する駆動部をさらに含んでもよい。前記検出部５０は、漏れ磁束測定部５２に対する整備や作業待機、鋼板の種類による磁気センサ５４と鋼板との間の測定距離調節など多様な作業環境に合わせて漏れ磁束測定部５２と鋼板との間の間隔を調節する必要がある。
【００９９】
本実施形態において、前記駆動部は、設備上に鋼板に向かって設けられるレール６０と、レール６０に沿って移動する移動台車６１と、前記移動台車６１上に移動可能に設けられ、先端に前記漏れ磁束測定部５２が備えられた移動フレーム６２とを含むことができる。
また、前記制御部５５は、前記駆動部に連結され、設備制御部５８の出力信号によって駆動部を制御作動する駆動制御部５９をさらに含んでもよい。
これにより、移動台車６１がレール６０に沿って移動すると、漏れ磁束測定部５２が備えられた移動フレーム６２が鋼板に向かって前後進し、移動台車６１に対して移動フレーム６２が移動して、移動フレーム６２に設けられた漏れ磁束測定部５２と鋼板との間の間隔が精密に調節される。
【０１００】
前記移動台車６１と移動フレーム６２の移動は、例えば、駆動シリンダやステップモータなどの駆動力を利用すればよいし、多様に設定可能である。
前記駆動制御部５９は、設備制御部５８の出力信号によって移動台車６１と移動フレーム６２に制御信号を印加して漏れ磁束測定部５２を鋼板に近接または離隔させる。例えば、中央運転室からコイル情報が制御部５５に伝達されると、制御部５５の設備制御部５８は、コイル情報に基づき、漏れ磁束測定部５２の磁気センサ５４と鋼板との間の適切な離隔距離に合わせて駆動制御部５９に制御信号を印加する。駆動制御部５９は、設備制御部５８から印加された信号によって移動台車６１と移動フレーム６２を駆動して、漏れ磁束測定部５２の磁気センサ５４を鋼板表面に位置させる。
【０１０１】
本実施形態は、前記検出部で測定された結果に基づき、鋼板に対するレーザビームの焦点位置を調整する矯正部７０をさらに含んでもよい。
矯正部７０は、前記検出部５０の制御部５５に連結され、検出部の測定結果に基づき、鋼板に対するレーザビームの焦点位置を調整する。これにより、鋼板に形成される溝の深さが深くなるにつれ、溝の形成不良が矯正される。矯正部７０は、固定されたレーザビームの焦点位置に対して鋼板を移動させたり、固定された鋼板に対してレーザビームの焦点位置を移動させることができる。
【０１０２】
本実施形態において、矯正部７０は、鋼板支持ロール９の位置を上下に調整して鋼板１の位置を焦点に合わせる構造であってもよい。このような構造以外に、焦点位置を移動させる場合、鋼板支持ロールを定位置させ、レーザを照射する集光ミラーの位置を上下に移動してレーザビームの焦点位置を調整することができる。２つの構造とも、鋼板とレーザビームの焦点位置が相対的に可変しながら鋼板表面にレーザビームの焦点が正確に結ばれる。
【０１０３】
矯正部７０によって鋼板支持ロール９または集光ミラー３５の位置が上下に調節されることによって、集光ミラーと鋼板との間の距離がレーザビームの焦点距離と一致する。これにより、レーザビームの焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置しながら、焦点が鋼板に正確に合わされる。したがって、鋼板に溝がきちんと深く形成されて溝の形成不良が矯正される。
【０１０４】
本実施形態において、前記矯正部７０は、鋼板支持ロール位置制御系１２に連結され、制御部５５の信号によって鋼板支持ロール位置制御系１２に出力信号を印加する。これにより、制御部５５は、溝の不良発生時、矯正部７０に制御信号を印加し、矯正部７０は、制御部の制御信号によって鋼板支持ロール位置制御系を制御して、鋼板支持ロール９の位置を上下に移動させる。
【０１０５】
鋼板支持ロール９の位置が上下に移動することによって鋼板１の位置が調節され、鋼板に対してレーザビームの焦点が合わされながら鋼板に対する溝の深さ形成不良が改善される。
【０１０６】
以下、本実施形態による電磁鋼板の磁区微細化過程について説明する。
連続的に移送される鋼板は、蛇行制御設備と張力制御設備を経てレーザルームの内部に進入して２ｍ／ｓｅｃ以上の速度で進行し、磁区微細化処理される。レーザルームの内部に進入した鋼板は、レーザ照射設備により永久磁区微細化処理された後、レーザルームの外部に引出される。レーザルームの外部に引出された鋼板は、後処理設備を経て表面に残存するヒルアップとスパッターなどが除去されて、後工程に送られる。
【０１０７】
この過程で、鋼板表面に対するレーザ照射が進行するレーザルームは、磁区微細化のための最適な環境を提供できるように、内部の動作環境を適切に設定し維持する。
前記レーザルームは、内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断し、レーザルームの内部温度と圧力および湿度を磁区微細化形成のための動作環境に合わせて制御する。レーザルームは、内部圧力を外部と比較して高く設定して維持することによって、外部の埃などの異物がレーザルームの内部に流入するのを防止することができる。また、鋼板の移動する通路である入口と出口に空気による膜を形成することによって、入口と出口を通して鋼板の進行する過程で埃などの異物がレーザルームの内部に流入するのを遮断することができる。
【０１０８】
また、レーザルームに設けられた恒温恒湿制御器は、レーザルームの内部温度を２０〜２５℃に維持し、湿度を５０％以下に維持することによって、レーザ照射による磁区微細化処理に最適な条件を提供する。
このように、レーザルームによってレーザビーム照射のための最適な環境が提供され、鋼板は、蛇行制御設備、張力制御設備、そして鋼板支持ロール位置調節設備を経てレーザ照射位置に正確に位置する。
【０１０９】
まず、磁区微細化処理のために、鋼板は蛇行制御設備により進行方向が制御されて、生産ラインの中央に沿って左右に傾くことなく真っすぐに移動する。
蛇行測定センサは、鋼板の蛇行量を持続的に検出し、鋼板が蛇行すると、蛇行測定センサから検出された信号を演算して、鋼板中央位置制御系がステアリングロールの軸を回転および移動させて、鋼板を定位置に移動させる。このように、鋼板の位置によって持続的にステアリングロールを制御することによって、鋼板を継続して生産ラインの中央を外れることなく連続的に移動させることができる。
【０１１０】
鋼板は、ステアリングロールを通って張力調節のためのテンションブライドルロールを経て移動する。テンションブライドルロールを通った鋼板の張力は、張力測定センサによって検出される。鋼板張力制御系は、張力測定センサによって検出された測定値を演算して、設定された張力に合わせてテンションブライドルロールの速度を制御する。これにより、移動する鋼板の張力を設定された範囲に合わせて持続的に維持することができる。
テンションブライドルロールを経た鋼板は、レーザルームの入口を通してレーザルームの内部に流入する。鋼板は、レーザルームの内部でブライドルロールによって方向が転換されて、２つのブライドルロールの間に位置した鋼板支持ロールに密着した状態で移動する。
【０１１１】
前記鋼板支持ロールは、鋼板を上下に移動させて、レーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。
レーザ照射設備から鋼板にレーザビームが照射されると、輝度測定センサは、鋼板表面の火炎の明るさをリアルタイムに検出する。輝度測定センサから検出された測定値に応じて鋼板支持ロール位置制御系が鋼板支持ロールを上下に移動させて、レーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。これにより、鋼板表面にレーザビームが効果的に照射されて高品質の照射線を形成することができる。
また、矯正部７０の制御により、鋼板支持ロール位置制御系が鋼板支持ロールを上下に移動させて、レーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。これにより、鋼板表面にレーザビームが効果的に照射されて高品質の照射線を形成することができる。
【０１１２】
前記レーザ発振器制御器は、鋼板の蛇行程度に応じてレーザ発振器をオン／オフさせる。前記レーザ発振器制御器は、蛇行測定センサに連結され、蛇行測定センサから測定された鋼板の蛇行量が、例えば、１５ｍｍ以上になると、鋼板が鋼板支持ロールから過度に多く外れたと判断してレーザ発振器をオフ（ｏｆｆ）させる。これにより、レーザビームが蛇行された鋼板を通って鋼板支持ロールの表面に照射されてロールが損傷するのを防止することができる。
レーザ発振器制御器の命令により、レーザ発振器で生成されたレーザビームは、光学系を経て鋼板表面に照射される。レーザ発振器は、ＴＥＭ００連続波レーザビームを発振して光学系に伝達する。光学系は、レーザビームの方向を転換して鋼板の表面にレーザを照射することによって、鋼板表面に連続的に溶融溝を形成して磁区微細化処理する。
【０１１３】
光学系を経て鋼板に照射されるレーザビームによって鋼板表面が溶融しながら照射線に沿って溶融溝が形成される。本実施形態において、レーザビーム照射により、鋼板表面に上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、レーザ発振器と光学系は、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する。
【０１１４】
また、光学系によるレーザビーム照射過程で基準点から離隔した位置にレーザビームを照射することによって、鋼板から再反射するレーザビームが光学系に入射しなくなる。したがって、前記バックリフレクション現象を防止し、反射光によってレーザビームの入射光路が干渉を受けず、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持することができる。
【０１１５】
前記光学系は、レーザの走査速度を制御する機能があり、圧延方向に対してレーザ照射線の間隔を調整することができる。また、光学系は、回転機能を備えてレーザ照射線の角度を変更することができる。本実施形態において、光学系によってレーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整可能にすることによって、レーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ、Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善することができる。また、レーザビーム照射過程で、前記光学系の回転により鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線角度を変換することができる。本実施形態において、前記光学系は、レーザビームの照射線角度を鋼板の幅方向に対して±４°の範囲に変換することができる。つまり、図３にて、ｙ軸方向に対して±４°の範囲で傾くようにしてレーザビームの照射線３１を形成することができる。これにより、鋼板表面に形成される照射線は、圧延方向に対して８６〜９４°の範囲で傾いて形成される。このように、照射線をｙ軸方向に対して傾いて形成することによって、レーザによる溝形成による磁束密度の低下を最小化することができる。
【０１１６】
前記レーザビーム照射過程で、鋼板がレーザビームによって溶融しながら多量のヒュームと溶融鉄のスパッターが発生する。ヒュームとスパッターは光学系を汚染させ、溝内部に溶融鉄が残存する場合、正確な溝の形成が難しく、鉄損の改善が行われず製品の品質を阻害する。これにより、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して、溝内部に残存する溶融鉄を除去し、集塵フードを介してヒュームと溶融鉄を直ちに吸入して除去する。したがって、鋼板の磁区微細化過程でヒュームが光学系側に流入するのを遮断し、ヒュームとスパッターを迅速に除去して磁区微細化処理効率を高めることができる。また、前記レーザビーム照射過程でレーザビームの散乱光と熱がレーザ照射設備の光学系に流入するのをさらに遮断することができる。
レーザビーム照射により鋼板表面に溝が形成されながら磁区微細化処理され、磁区微細化処理された鋼板は、連続的に移動してレーザルームの出口を通して外部に排出される。
【０１１７】
レーザルームから排出された鋼板は、後処理過程を経て、鋼板表面に付着したヒルアップとスパッターを除去する過程を経る。
鋼板はまず、レーザルームの外側に配置されたブラシロールを通りながら、鋼板に密着して高速に回転するブラシロールによって一次的にヒルアップとスパッターが除去される。ブラシロールを経た鋼板は、二次的に清浄ユニットを経て鋼板とアルカリ溶液との電気分解反応により残存するヒルアップとスパッターが最終的に除去される。清浄ユニットを経てヒルアップとスパッターが除去された鋼板は、最終的に検出部を連続的に通りながら鋼板表面に形成された溝の欠陥の有無を確認した後、後工程に移送される。
【０１１８】
本実施形態において、鋼板表面に形成された溝の欠陥の有無の確認は、漏れ磁束測定法によって鋼板の溝に対する漏れ磁束を測定して行われる。検出部を通りながら、磁化装置によって磁化した鋼板表面の漏れ磁束が、磁気センサにより検出される。鋼板の溝から検出された漏れ磁束を演算することによって、溝の欠陥の有無を確認することができる。
【０１１９】
図７は、本実施形態により鋼板に形成された溝の欠陥検出結果を示している。図７（ａ）は、溝の加工状態が良好な測定結果を示しており、（ｂ）は、溝の加工状態が不良な測定結果を示している。
このように、漏れ磁束の測定により鋼板の溝の加工状態を正確に検出して、欠陥の有無を確認することができる。
【０１２０】
前記のように、鋼板表面に形成された溝の欠陥の有無の確認過程により溝の欠陥が検出されると、鋼板に対するレーザの焦点位置を調整する矯正過程を経る。
本実施形態において、矯正過程は、正常状態の溝の深さを基準値に設定する過程と、検出された溝の深さを前記基準値と比較する演算過程と、演算過程で検出された溝の深さ偏差に応じて鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を調節して、焦点位置を調節する位置調節過程とを含むことができる。
【０１２１】
鋼板支持ロールの位置または集光ミラーの位置を調節すると、集光ミラーと鋼板との間の距離をレーザビームの焦点距離に合わせて調整することができる。以下、本実施形態では、鋼板支持ロールの位置を調整する場合を例として説明する。
正常状態の溝の深さは、集光ミラーと鋼板との間の距離がレーザビームの焦点距離と同一の時に得られる。この状態で鋼板表面に焦点が正確に結ばれながら、鋼板表面に溝がきちんと深く形成される。このように、集光ミラーと鋼板との間の距離がレーザビームの焦点距離と同じ状態で鋼板表面に形成された溝の深さを正常作業状態の基準となる基準値に設定する。基準値は、正常作業状態の基準となる溝の深さを意味する。
【０１２２】
レーザ溝加工のための初期工程で基準値の設定とともに、レーザビームの焦点位置と鋼板の位置をセットするために、鋼板支持ロールの位置を設定する初期位置設定過程を経ることができる。初期位置設定過程は、設定された時間間隔に応じて鋼板支持ロールの位置を変化させ、鋼板支持ロールの位置の変化に応じた溝の深さの変化を検出し、鋼板支持ロールの位置とこれによる溝の深さデータにより溝の深さが最も深い時の鋼板支持ロールの位置を演算して、演算された値に応じて鋼板支持ロールの位置またはレーザを照射する集光ミラーの位置を調節する過程を経て実施される。
工程初期の鋼板にレーザビームを照射しながら鋼板支持ロールの位置を設定された時間に応じて可変し、鋼板支持ロールの位置に応じた溝の深さをデータとして格納する。
【０１２３】
図８は、時間毎の鋼板支持ロールの位置とこれによる溝の深さ変化データをグラフで示すものである。
鋼板支持ロールの位置に応じた溝の深さを明確に区分して検出できるように、鋼板支持ロールを同じ位置に維持した状態で、レーザビーム照射時間は５秒以上照射する。レーザビーム照射が終わると、鋼板支持ロールの位置を一定量変更して固定した状態で再びレーザビームを５秒以上照射する。鋼板支持ロールの位置調整範囲は、鋼板支持ロールの位置調整範囲内にレーザビームの焦点位置があるように設定する。
【０１２４】
図８に示されるように、鋼板支持ロールの位置変化に伴って、レーザビームの焦点位置に対して鋼板の位置が変化するにつれて溝の深さが異なる。溝が最も深く加工される鋼板支持ロールの位置が、まさにレーザビームの焦点位置となる。
鋼板にレーザビームの焦点が形成されるようにするためには、集光ミラーと鋼板との間の距離が焦点距離と同一でなければならない。導出された鋼板支持ロールの位置における集光ミラーと鋼板との間の距離が、まさにレーザビームの焦点距離となる。これにより、前記のように鋼板支持ロールの位置を段階的に可変させながら焦点距離を探して鋼板の位置を合わせることができる。そして、鋼板支持ロールの位置がセットされて鋼板に正確にレーザビームの焦点が結ばれながら、この状態で得られる溝の深さが、まさに基準値に設定される。
【０１２５】
従来では、光学系の整備作業や構成部の交換後に焦点位置を再設定する場合、２４時間以上がかかり生産性低下の原因となった。反面、本実施形態の場合、言及したように、鋼板に焦点を合わせるための初期位置設定作業が３０分以内に迅速に行われる。したがって、本実施形態の場合、迅速な作業により高い生産性を維持することができる。前記のように、鋼板支持ロールの初期位置が設定され基準値がセットされると、正常操業が開始されて、鋼板表面に基準値と同じ正常な深さに溝が連続加工される。鋼板に対するレーザ加工工程中に光学系や鋼板の状態変化によって、鋼板に対するレーザビームの焦点位置が変化すると、溝の形成深さが異なる。
【０１２６】
鋼板表面に形成される溝の実際の形成深さは、検出部によりリアルタイムに検出される。検出部は、検出された鋼板の実際の溝の深さと基準値とを比較演算して、偏差があるか否かを判断する。そして、偏差発生時に検出された溝の深さ偏差に応じて鋼板支持ロールの位置を調節する。これにより、工程過程で鋼板の位置が可変して鋼板と集光ミラーとの間の距離が調整される。したがって、レーザビームの焦点位置に鋼板が再び位置して溝の形成不良を矯正し、溝の加工性を最上の状態に維持することができる。
【０１２７】
図９を参照して、鋼板支持ロールの位置を調節する過程を説明する。
鋼板支持ロール位置調節過程は、偏差が２μｍ以上の場合、鋼板支持ロールの位置を上下方向のいずれか一方向に調節する一次調節段階と、一次調節後に検出された溝の深さを基準値と比較演算し、演算された偏差が２μｍ未満かつ１μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置を一次調節時と同じ方向に追加調節する追加調節段階と、一次調節後に検出された溝の深さを基準値と比較演算して、２μｍ以上の場合、鋼板支持ロールの位置を一次調節時の反対方向に調節する逆調節段階と、逆調節後に検出された溝の深さを基準値と比較演算し、演算された深さ偏差が２μｍ未満かつ１μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置を逆調節時と同じ方向にＤＦ／２だけ調節する逆追加調節段階とを含むことができる。
【０１２８】
偏差は、溝の深さの基準値と実際に検出された溝の深さとの差を意味する。偏差発生理由は、集光ミラーと鋼板との間の距離がレーザビームの焦点距離と異なり、鋼板に焦点が正確に結ばれないからである。つまり、集光ミラーと鋼板との間の距離が焦点距離より短かったり遠いからである。短い場合には、集光ミラーに対して鋼板を下方向に沿って遠く移動させ、遠い場合には、集光ミラー側に鋼板を上方移動させて、これを矯正することができる。本実施形態は、鋼板を先に一方向に移動させて、集光ミラーと鋼板との間の距離が焦点距離より短いために発生する不良であるか、遠いために発生する不良であるかを確認し、これによって矯正を実施する。
【０１２９】
一次調節段階において、偏差が２μｍ以上であれば、鋼板支持ロールの位置は、ＤＦ／２だけ調節される。ＤＦは、焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）を意味する。例えば、一次調節段階において、鋼板支持ロールの位置は、下方向にＤＦ／２だけ調節される。
鋼板支持ロールが下方向に移動するに伴い、集光ミラーと鋼板との間の距離は、さらに長くなる。溝の深さに対する偏差発生理由が焦点距離より集光ミラーと鋼板との間の距離が短いために発生した場合、一次調節過程により偏差は減少する。
【０１３０】
これにより、一次調節後に再度偏差を検出して、偏差がさらに減少した場合には、偏差値に応じて追加調節を実施する。つまり、一次調節後に偏差が減少して、１μｍ以上２μｍ未満であれば、追加調節により偏差をさらに低減する。本実施形態において、追加調節段階は、一次調節時と同じ下方向にＤＦ／２だけ鋼板支持ロールの位置をさらに調節することができる。追加調節段階により偏差をさらに低減することができる。図９に示されるように、追加調節過程後に偏差が１μｍより減少すると、溝の深さに対する不良が矯正された状態で、前記過程を繰り返し矯正作業を行う。
反面、一次調節後に偏差がさらに大きくなった場合には、逆に溝の深さに対する偏差発生理由が、焦点距離より集光ミラーと鋼板との間の距離が長いために発生したのである。これにより、鋼板支持ロールの位置を上方向に移動させて偏差を低減する。
一次調節後に偏差が減少せずに大きくなった場合、鋼板支持ロールの位置を上方向移動する。本実施形態では、鋼板支持ロールの位置を上方向にＤＦだけ移動する。鋼板支持ロールは、一次調節時、ＤＦ／２だけ下方移動した状態であるので、逆方向にＤＦ／２だけ移動させて一次調節前の状態に回復させた後、矯正のためにＤＦ／２だけさらに上方移動しなければならない。これにより、一次調節後、矯正のために鋼板支持ロールを上方向にＤＦだけ移動しなければならないのである。
【０１３１】
鋼板支持ロールが上方向に移動するに伴い、集光ミラーと鋼板との間の距離は、さらに短くなる。溝の深さに対する偏差発生理由が、焦点距離より集光ミラーと鋼板との間の距離が長いために発生したものであるので、前記逆調節過程により偏差は減少する。逆調節後に再度偏差を検出して、偏差がさらに減少した場合には、偏差値に応じて逆追加調節を実施する。つまり、逆調節後に偏差が減少して、１μｍ以上２μｍ未満であれば、逆追加調節により偏差をさらに低減する。本実施形態において、逆追加調節段階は、逆調節時と同じ上方向にＤＦ／２だけ鋼板支持ロールの位置をさらに調節することができる。逆追加調節段階により偏差をさらに低減することができる。図９に示されるように、逆追加調節過程後、偏差が１μｍより減少すると、溝の深さに対する不良が矯正された状態で、前記過程を繰り返し矯正作業を行い続ける。
【０１３２】
このように、本実施形態は、鋼板に対する溝の加工過程で光学系や鋼板の状態変化に応じたレーザビームの焦点位置の変化をリアルタイムに検知して、鋼板に焦点が正確に結ばれるようにすることによって、溝の加工性を最上に維持することができる。
【０１３３】
【表１】
0006968176.tif 000002
【０１３４】
前記表１は、本実施形態による連続波レーザビーム照射によって０．２７ｍｍの厚さの鋼板表面に形成された溝による方向性電磁鋼板の鉄損改善率を示している。表１に示されるように、本実施形態により磁区微細化処理された鋼板の場合、レーザ照射後と、レーザで磁区微細化し熱処理した後とも、鉄損が改善されることを確認することができる。
【０１３５】
以上説明したように、本発明の例示的な実施例が図示および説明されたが、多様な変形と他の実施例が本分野における熟練した技術者によって行われる。このような変形と他の実施例は、添付した請求の範囲にすべて考慮されて含まれ、本発明の真の趣旨および範囲を逸脱しない。
【符号の説明】
【０１３６】
１：鋼板
２Ａ、２Ｂ：ステアリングロール（ＳＲ）
３：鋼板中央位置制御系
４：蛇行測定センサ
５Ａ、５Ｂ：テンションブライドルロール
６：鋼板張力制御系
７：鋼板張力測定センサ
８Ａ：デフレクタロール
８Ｂ：デフレクタロール
８Ｃ：中間デフレクタロール
９：鋼板支持ロール
１０：輝度測定センサ
１１：距離測定センサ
１２：鋼板支持ロール位置制御系
１３：レーザ発振器制御器
１４：レーザ発振器
１５：光学系
１６：レーザビーム
１７：エアナイフ
１８：遮蔽部
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ：集塵フード
２０：レーザルーム
２１：シャワーブース
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ：エアカーテン
２３：陽圧装置
２４：光学系下部フレーム
２５：恒温恒湿制御器
２６Ａ、２６Ｂ：ブラシロール
２７：モータ電流制御系
２８：ブラシ位置制御系
２９：清浄ユニット
３０：フィルタリング部
３１：照射線
３２：ポリゴンミラー
３３：回転モータ
３４：駆動モータ
３５：集光ミラー
３６：駆動部
３７：モジュールプレート
３８：シャッタ
３９：ヘッダ
５０：検出部
５１：不導体ロール
５２：漏れ磁束測定部
５３：磁化装置
５４：磁気センサ
５５：制御部
５６：信号変換部
５７：演算部
５８；設備制御部
５９：駆動制御部
６０：レール
６１：移動台車
６２：移動フレーム
７０：矯正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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