KR0146871B1 - 용융아연도금강판의 비접촉식 합금화도 측정방법 - Google Patents

Abstract

레이저를 이용하여 용융아연도금강판의 합금화도를 비접촉식으로 측정하는 방법으로서, 레이저광을 도금층표면에 입사시키고, 그 도금층 표면에서 반사되는 레이저광의 세기를 2개의 반사각도에서 동시에 측정한 후 이 두 측정값으로 부터 표면 거칠기를 나타내는 변수를 제거하여 합금화도에 따른 반사도 값을 구하고, 그 반사도값으로 부터 반사도값과 합금화도의 관계를 이용하여 합금화도를 구한다.

레이저광을 도금층표면에 입사시키기 전에 빛살가르개로 둘로 갈라, 그 하나는 레이저 출력변화에 대한 보정용으로 이용하고 나머지를 도금층 표면에 입사시켜 상기와 같이 합금화도를 구할수도 있다.

이 방법은 2개의 반사각도에서 반사광을 측정함으로써 표면 거칠기에 의한 측정오차를 제거하여 측정정밀도를 높일수 있으며, 아울러 간단한 측정장치를 사용하여 합금화도를 정량측정한다는 잇점도 있다.

Description

용융아연도금 강판의 비접촉식 합금화도 측정방법

제1도는 용융아연도금강판의 비접촉식 합금화도 측정방법을 도시한 개략도.

제2도는 본 발명의 측정에 사용된 합금화 용융아연도금강판의 합금화도에 따른 표면거칠기 분포를 나타낸 그래프.

제3도는 종래의 단일 광검출기에 의한 합금화도 측정결과를 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명의 방법에 의한 합금화도 측정결과를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 광원 2 : 빛살가르개

3, 5, 6 : 광검출기 4 : 반사경

7 : 아날로그/디지탈 변환기 8 : 컴퓨터

본 발명은 레이저를 이용하여 용융아연도금 강판의 합금화도를 비접촉식으로 측정하는 방법에 관한 것으로써, 특히, 레이저를 강판의 도금층에 입사시키고 도금층으로 부터 반사된 레이저 광의 세기분포를 이용하여 도금층의 합금화도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

용융아연도금강판은 건자재 및 구조물등에 널리 사용되고 있으며, 특히, 열처리과정을 통해 합금화된 용융아연도금 강판은 내식성, 용접성 및 도장성 등이 우수하여 가전용 및 자동차용으로도 그 수요가 증가하는 추세에 있다. 그러나 이러한 합금화 용융아연도금 강판의 우수한 특성들은 도금층의 합금화도 즉, 도금층 내의 Fe성분의 함량에 의해 큰 영향을 받기 때문에 생산된 도금강판의 품질보증을 위해서는 도금강판의 사용목적에 적절한 합금화도를 유지하도록 하는 합금화도의 일관된 관리가 필요하다. 특히 현재와 같은 대량생산체제하에서 불량품의 생산을 방지하고, 점차 엄격해지고 있는 수요가의 품질보증 요구에 대처하기 위해서는 도금공정중에 실시간으로 합금화도를 위한 열처리 공정을 제어하는 것이 필수적이며 이를 실현하기 위해서는 합금화도의 온-라인 계측이 선행되어야 한다.

합금화도의 온-라인 계측에 적용될 수 있는 종래 기술로써, 일본 특개평 5-45305에는 용융아연 도금층의 합금화에 따라 도금층내에 형성되는 Fe와 Zn에 의한 상(phase)에 의해 일정각도로 회절하는 X-선 회절광의 세기를 측정하여 합금화도를 산출하는 합금화도 측정방법이 개시되어 있으나, 이 측정방법에 있어서 측정결과의 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 요인이 회절광의 측정을 위한 광센서의 측정각도 및 측정위치이므로 측정대상의 미세한 공간적 위치변화에도 측정결과가 크게 달라진다. 따라서 현장의 조업라인에 설치할 경우 강판의 반송시에 발생하는 진동에 의해 측정오차가 발생할 가능성이 크다. 또한 X선 장비의 사용에 따라 수반되는 안전관리대책이 강구되어야 하며 측정장비의 대형화가 불가피하다는 단점이 있다.

또한 일본 특개평 4-370709에는 합금화도에 따라 용융아연도금강판의 색도가 변하는 점을 이용하여 강판 도금층 표면의 확대화상을 촬영하고 촬영된 확대화상의 평균밝기와 도금층의 합금화도를 비교하는 작업을 반복함으로써 확대화상의 평균밝기와 도금층의 합금화도간의 대조표를 작성하고 이를 이용하여, 합금화도를 측정하는 방법이 개시되어 있다. 즉, 미지의 도금강판의 합금화도 측정시에는 강판표면의 확대화상을 촬영하여 평균밝기를 계산하고 이 계산된 평균 밝기와 사전에 작성된 대조표를 이용하여 합금화도를 결정하게 된다. 이 방법은 상기의 X선 회절방법에 비해 장치의 소형화가 가능하고 강판의 진동에도 영향을 적게 받는 장점이 있다.

그러나 이 방법은 동일한 합금화도를 갖는 강판에 대해서도 측정결과가 주변의 조명상황과 도금층의 표면거칠기에 따라 달라지는 측정오차가 발생할 수 있다. 즉, 강판 주변의 조명이 변하게 되면 동일한 강판에 대해서도 확대화상의 평균밝기가 달라지게 되어 대조표로부터 결정한 합금화도가 다르게 된다. 또한 동일한 합금화도와 동일한 조명하에서도 도금층 표면의 표면거칠기가 다를 경우 표면에 입사하는 빛의 산란정도가 다르기 때문에 확대화상 촬영을 위한 카메라로 입사하는 빛의 세기가 변하게 되고 확대화상의 평균밝기도 달라진다. 이 방법에 있어서 강판 주변의 조명의 불안정에 기인하는 오차는 확대화상 촬영 전용의 특수조명을 별도로 설치하면 제거할 수 있지만 도금층 표면의 표면거칠기에 기인하는 측정오차는 제거하기 어려운 것이다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 방법의 문제점을 해결한 보다 개선된 합금화도 측정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 레이저를 이용한 보다 개선된 용융아연도금 강판의 비접촉식 합금화도 측정방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 도금층표면에서 반사된 레이저 광의 세기를 2개의 반사각도에서 동시에 측정함으로써 합금화도이외의 표면거칠기가 반사도에 미치는 영향을 제거하여 측정정밀도를 향상시킴으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 의한 합금화도 측정방법은, 레이저 광을 도금층의 표면에 입사시키고, 그 도금층 표면에서 반사되는 레이저광의 세기를 2개의 반사각도에서 동시에 측정한 후, 이 두 측정값으로 부터 표면거칠기를 나타내는 변수를 상쇄하여, 합금화도에 따른 반사도 값을 얻고, 그렇게 얻은 반사도값으로 부터 합금화도를 구함, 을 특징으로 한다.

본 발명에서는 레이저광을 합금화 용융아연도금층의 표면에 입사시키고 그 표면에서 반사된 레이저광의 세기를 광검출기로 측정하여 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 반사도를 측정하여 이 측정된 반사도 값으로 부터 합금화도를 계산하되, 합금의 표면에서 반사되는 레이저광의 세기를 2개의 반사각도에서 동시에 측정하고, 이들 2개의 측정값 각각에 내포된 도금층 표면의 표면 거칠기를 나타내는 변수를 상쇄함으로써 합금화도에 따른 반사도를 구하는 것이다.

또한 본 발명의 바람직한 실시에 있어서는 조사되는 레이저 광을 빛살가르개를 이용하여 두갈래로 나눈뒤 그중 하나를 반사시켜 레이저 출력변화에 따른 보정광으로 이용하고 나머지 갈래를 강판 표면에 입사시켜 상기 방법과 같이 합금화도를 측정하는데 사용할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 비접촉식 합금화도 측정방법을 도시한 개략도로써, 레이저(1)에서 출력된 광선은 빛살가르개(2)에 입사하여 두 갈래로 나뉘어져 그중 하나는 반사되어 광검출기(3)에 입사하고 나머지는 그대로 통과하여 거울(4)에서 반사되어 α의 각도로 합금화 도금층의 표면에 입사된다. 도금층 표면에 입사한 레이저 광은 표면에서 다양한 방향으로 반사되는데 이와 같이 반사되는 레이저 광의 세기분포는 합금화도와 선형적인 관계에 있는 반사도와 도금층 표면의 표면거칠기에 의해 결정된다. 이와같이 반사되는 레이저 광의 세기분포중 α와 β의 각도로 반사되는 빛의 세기분포를 각각 광검출기(5)와 광검출기(6)으로 측정한다. 광검출기(3), (5), (6)의 출력은 아날로그/디지탈 변환기(7)를 거쳐 컴류터(8)로 입력되며, 광검출기(3)의 출력은 레이저 출력변화의 보정용으로 사용되고, 광검출기(5), (6)의 출력은 합금화도의 계산에 사용된다.

이와같이 α와 β의 2개의 반사각도에서 빛의 세기를 동시에 측정함으로써 표면 거칠기에 의한 오차요인을 제거하고 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 반사도만을 측정할수 있는바, 그 원리를 설명하면 다음과 같다.

레이저 광의 α의 각도로 도금층의 표면에 입사할 경우 β의 반사각도에서 측정한 빛의 세기 S(β)는 다음식으로 나타낼 수 있다.

상기 식에 의하면 일정한 반사각도 β에서 측정한 빛의 세기 S(β)는 도금층 표면의 반사도 R(α)와 함께 표면거칠기 σ에 의해서도 동시에 영향을 받는다.

본 발명에서 측정코자 하는 것은 합금화도 이므로 광검출기에서 측정한 빛의 세기 S(β)에서 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 반사도 R(α)이외의 영향은 제거해야 하는바, β의 반사각도와 함께 α의 정반사 각도에서도 빛의 세기 S(α)를 측정하면 이 두 측정값(식)으로 부터 표면거칠기를 나타내는 공통 변수(T/σ)를 상쇄할 수 있고 이에 따라 다음과 같은 표면거칠기에 의한 영향을 제거한 반사도의 측정식을 얻을 수 있다.

따라서 두개의 측정각도 α, β에서 측정한 빛의 세기 S(α), S(β)로 부터 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 반사도를 측정할 수 있고 이 측정된 반사도 값으로 부터 합금화도를 직접 구할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명의 합금화도 측정방법은 그 방법 및 장치가 간단하면서도 생산 현지에서 반송중에 있는 강판의 온-라인 측정이 가능하며, 표면거칠기에 의한 측정오차를 근본적으로 제거함으로써 그 측정정밀도를 크게 향상시킨다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

먼저, 합금화도 측정에 미치는 강판의 표면거칠기의 영향을 알아보기 위해 용융아연도금강판에서 합금화도에 따른 평균 표면거칠기를 측정하였으며, 그 결과를 제2도에 그래프로 나타내었다.

이 경우 강판의 표면 거칠기는 다이아몬드 촉침식 표면조도측정장치를 사용하여 측정하였다.

제2도에 의하면 도금층 표면의 표면거칠기는 도금층의 합금화도와 일관된 관계를 갖지 못하기 때문에 합금화도에 따라 일관되게 변하는 반사도를 측정하여 도금층의 합금화도를 알고자할 경우 이 표면거칠기가 반사도 측정에 미치는 영향을 보정하지 않으면 정확한 합금화도의 측정이 불가능함을 알수 있다.

[비교예 1]

용융아연도금강판의 표면에 레이저를 조사하고 그 도금층의 표면에서 반사된 레이저광을 오직 하나의 측정각도에서 측정한 광검출기의 출력으로 얻은 반사율과 화학적 방법으로 얻은 합금화도 값과 비교하고 그 결과를 제3도에 나타내었다.

제3도에 의하면, 도금층의 표면거칠기에 의한 영향 때문에 반사율과 도금층 합금화도는 일관된 관계를 갖지 못함을 알수 있다.

[실시예 2]

용융아연도금강판 표면에 레이저를 조사하고 그 도금층의 표면에서 반사된 레이저광을 본 발명의 방법에 따라 2개의 반사각에서 측정한 광검출기의 출력으로 부터 반사율을 구하고, 그 반사율은 화학분석법으로 얻은 합금화도와 비교하였으며, 그 결과를 제4도에 나타내었다.

제4도에 의하면 본 발명의 방법으로 얻은 반사율값과 화학분석법으로 얻은 합금화도는 이들간에 선형적인 관계를 나타냄을 알수 있다.

이 선형적 관계를 이용하면 반사도의 측정을 통해 도금층의 합금화도를 알수 있으며 이로 부터 본 측정방법을 적용하면 용융아연도금강판의 합금화도를 비접촉식으로 측정할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 비접촉식 합금화도 측정방법에 의하면 레이저 광을 도금층의 표면에 입사시키고, 합금화도에 따라 달라지는 반사광의 세기측정을 통해 비접촉식으로 도금층의 합금화도를 측정토록 함으로써, 구성이 매우 간단한 장치를 통해 생산현지에서 반송중에 있는 강판의 온-라인 측정이 가능하게 되며, 2개의 반사각도에서 반사광을 측정하여 표면거칠기에 의해 발생하는 측정오차를 제거함으로써 측정정밀도를 크게 향상시키는 효과가 있는 것이다.

뿐만 아니라 본 발명은 레이저를 광원으로 사용함으로써 다른 조명장비를 사용하는 측정장비에 비해 장치를 소형화할 수 있고 안정적인 출력을 확보할 수 있으며, 표면에서 반사되는 빛의 세기를 광검지기로 측정하고 이 측정값으로 부터 합금화도를 직접 계산하도록 함으로써, 종래의 확대화상 촬영방식과는 달리 화상처리를 위한 장비 없이도 간단한 측정장치의 구성을 통해 강판의 합금화도를 실시간으로 정량화하여 측정할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 레이저광을 도금강판의 도금층표면에 입사시키고, 그 도금층 표면에서 반사되는 레이저광의 세기를 2개의 반사각도에서 동시에 측정검출한 후, 이 두 측정값으로 부터 표면 거칠기를 나타내는 공통변수를 상쇄하여 합금화도에 따른 반사도 값을 얻고, 그렇게 얻은 반사도값으로 부터 반사도값과 합금화도의 선형적 관계로부터 합금화도를 구함을 특징으로 하는 용융아연 도금강판의 비접촉식 합금화도 측정방법
2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광을 조사후 빛살 가르개로 둘로 나누어 하나는 레이저 출력변화에 대한 보정용 광으로 사용하고, 나머지 하나는 도금강판의 도금층표면에 입사시킴을 특징으로 하는 방법