KR100280259B1 - 레이저를 이용한 합금화도 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학소자들의 정렬상태의 불량에 의해 발생하는 합금화도의 측정오차를 측정장치내애 장착된 표준 시편을 이용하여 확인함으로써 광학적으로 구하는 합금화도의 측정오차를 최소화하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 표준시편(11)의 정반사광의 세기S₀(α)와 산란광의 세기S₀(β)를 검출하여, 상기 검출된 정반사광의 세기S₀(α) 및 산란광의 세기S₀(β)값을 하기 식

(여기서, C₁, C₂는 규격상수이다)

에 대입하여 표준시편 기준 합금화도(X₀)를 구하고, 표준시편의 정반사광의 세기S₁(α)와 산란광의 세기S₁(β)를 검출하여, 상기 검출된 정반사광의 세기S₁(α) 및 산란광의 세기S₁(β)를 상기식에 대입하여 표준시편의 비교 합금화도(X₁)을 구하고, 상기와 같이 구한 표준시편의 기준 합금화도(X₀)와 표준시편의 비교 합금화도(X₁)을 비교하여 레이저 발생장치(1), 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)의 배열을 보정한 후, 측정시편(9)의 정반사광의 세기S₂(α)와 산란광의 세기S₂(β)를 검출하여 상기 검출된 정반사광의 세기S₂(α) 및 산란광의 세기S₂(β)를 상기식에 대입하여 측정시편의 합금화도(X₂)를 구하는 것을 포함하여 구성되는 레이저광선을 이용한 합금화도 측정방법을 그 요지로 한다.

Description

레이저를 이용한 합금화도 측정방법

본 발명은 레이저를 이용한 합금화도 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 비접촉식 합금화도 측정장치내의 광학소자들의 정렬상태를 계속적으로 확인하여 측정오차를 줄이는 합금화도의 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저를 이용하여 합금화도를 측정하는 방법은, 표면에서 반사된 레이저 광선의 세기가 합금화도와 선형적인 관계를 갖는다는 것을 이용하는 방법으로 그 구조는 제1도에 도시한 바와같다. 레이저 발생장치(21)에서 출력된 광선은 빛살가르개(22)에 입사하여 두 갈래로 나뉘어져 그중 하나는 반사되어 광검출기(23)에 입사하고 나머지는 그대로 통과하여 거울(24)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. 이와 같이 반사되는 레이저 광의 세기분포중 α와 β의 각도로 반사되는 빛의 세기분포를 각각 광검출기(25)와 광검출기(26)으로 측정한다. 광검출기(23), (25), (26)의 출력은 아날로그/디지탈 변환기(27)를 거쳐 컴퓨터(28)로 입력되며 광검출기(23)의 출력은 레이저 출력변화의 보정용으로 사용되고, 광검출기(25), (26)의 출력은 합금화도의 계산에 사용된다. 이와같이 α와 β의 2개의 반사각도에서 빛의 세기를 동시에 측정하여 하기 식 1로 부터 표면거칠기에 의한 오차요인이 제거된 합금화도를 구할 수 있다.

(여기서, C₁, C₂: 규격상수, S(α) : 정반사광의 세기, S(β) : β의 반사각도에서 측정한 빛의 세기이다.)

따라서, 레이저를 이용한 합금화도 측정방법에서는 입사광의 세기와 두 개의 반사광의 세기를 정확히 측정하여야 하며, 광검출기(23), (25) 및 (26)을 통하여 광의 세기를 정확히 측정하기 위해서는 레이저 발생장치로 부터 출력된 광검출기에 입사하도록 하는 광학소자인 빛살 가르개(22)와 측정 시편(29) 표면에 정확히 α의 각도로 레이저 광선을 입사시킴으로써 α와 β의 각도로 반사된 광선이 각각 광검출기(25)와 (26)에 입사하도록 하는 광학소자인 거울(24)의 정렬상태가 가장 중요한 것이다. 이러한 광학소자들(22),(24)의 정렬 상태와 함께 측정오차에 영향을 주는 것은 레이저 발생장치(21)의 고정상태이다. 이는 레이저가 원래의 고정상태에서 벗어나게 되면 다른 광학소자들이 정확히 정렬되어 있더라도 레이저 광선이 측정시편(29)으로 입사하는 각도가 변하기 때문이다. 만약, 측정장치내의 광학소자(21),(22) 및 (24) 중의 일부가 원래의 고정된 위치에서 벗어나게 되면, 측정시편의 합금화도의 변화가 없는 상황에서도 광검출기로 입사되는 입사광과 두 개의 반사광의 진행방향이 변하게 되므로 합금화도의 측정값이 변하게 된다. 즉, 측정값의 신뢰도를 확보하기 위해서는 측정장치내의 광학소자들에 대한 정렬상태를 계속적으로 확인하는 것이 필요하다.

본 발명은 광학소자들의 정렬상태의 불량에 의해 발생하는 합금화도의 측정오차를 측정장치내에 장착된 표준 시편을 이용하여 확인함으로써 광학적으로 구하는 합금화도의 측정오차를 최소화하고자 하는데 그 목적이 있다.

제1도는 종래의 합금화도 측정방법을 도시한 개략도.

제2도는 본 발명에 의한 합금화도 측정방법을 도시한 개략도.

제3도는 광학소자 배열의 어긋남에 따른 측정오차를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저(laser)발생장치 2 : 제1빛살가르개

3, 5, 6, 12, 13 : 광검출기 4 : 거울

7 : 아날로그/디지탈 변환기 8 : 컴퓨터

9 : 측정시편 10 : 제2빛살가르개

11 : 표준시편

이하, 본 발명을 제2도를 통하여 설명한다.

본 발명은 레이저 발생장치(1)로 부터 기준위치에 위치되어 있는 제1빛살가르개(2)에 레이저광선을 입사시켜, 상기 제1빛살가르개(2)에 의해 반사된 광선은 광검출기(3)으로 검출하고, 상기 제1빛살가르개(2)를 투과한 광선을 거울(4)에 의해, 상기 거울(4)와 측정시편(9)의 사이에 위치되어 반사광을 표준시편(11)에 입사각(α)로 입사되도록 배열된 제2빛살가르개(10)으로 반사시키는 단계; 상기 제2빛살가르개(10)으로 부터 반사된 후, 상기 표준시편(11)에 입사각(α)로 입사되어 표준시편(11)에 의해 반사각(α)로 반사되는 정반사광의 세기S₀(α)를 광검출기(13)으로 검출하고, 반사각(β)로 산란되는 산란광의 세기S₀(7)를 광검출기(12)로 검출하는 단계; 상기와 같이 검출된 정반사광의 세기S₀(α) 및 잔란광의 세기S₀(β)값을 하기식

(여기서, C₁, C₂는 규격상수이다)

에 대입하여 상기 광검출기(3)으로 측정된 레이저광선의 세기에 대한 표준시편 기준 합금화도(X₀)를 구하는 단계; 상기 광검출기(3)로 측정되는 값이 상기 표준시편 기준 합금화도(X₀)를 구할 때 광검출기(3)에 의해 측정된 값과 동일한 값이 되도록 레이저발생장치(1)로 부터 레이저광선을 발생시켜 상기와 같이 제1빛살가르개(2), 거울(4) 및 제2빛살가르개(10)을 통해 반사된 광선을 표준시편에 입사시키는 단계; 표준시편에 의해 반사되는 정반사광의 세기S₁(α)를 광검출기(13)으로 검출하고, 반사각(β)로 산란되는 산란광의 세기S₁(β)를 광검출기(12)로 검출하는 단계; 상기와 같이 검출된 정반사광의 세기S₁(α) 및 산란광의 세기S₁(β)를 상기식에 대입하여 표준시편의 비교 합금화도(X₁)을 구하는 단계; 상기와 같이 구한 표준시편의 기준 합금화도(X₀)와 표준시편의 비교 합금화도(X₁)을 비교하여 두 값의 오차를 구하고 이 오차값이 일정한 범위내에 들도록 상기 레이저발생장치(1), 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)의 배열을 보정하는 단계; 상기와 같이 레이저 발생장치(1), 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)를 통해 배열을 보정한 후, 상기 광검출기(3)로 측정되는 값이 상기 표준시편 기준 합금화도(X₀)를 구할 때 광검출기(3)에 의해 측정된 값과 동일한 값이 되도록 레이저발생장치(1)로부터 레이저광선을 발생시켜 상기와 같이 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)을 통해 제2빛살가르개(10)에 입사시켜 투과된 광선을 측정시편(9)에 입사시키는 단계; 상기 측정시편(9)에 의해 반사되는 정반사광의 세기S₂(α)를 광검출기(5)로 검출하고, 산란되는 산란광의 세기S₂(β)를 광검출기(6)으로 검출하는 단계; 및 상기와 같이 검출된 정반사광의 세기S₂(α) 및 산란광의 세기S₂(β)를 상기식에 대입하여 측정시편의 합금화도(X₀)를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 레이저광선을 이용한 합금화도 측정방법에 관한 것이다.

이하, 표준시편의 기준합금화도(X₀), 표준시편의 비교합금화도(X₁) 및 측정시편의 합금화도(X₂) 값을 구하는 것을 중심으로 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 표준시편의 기준 합금화도(X₀)는 측정장치가 정배열 되어 있는 상태에서 측정한다.

레이저 발생장치(1)에서 출력된 광선은 제1빛살 가르개(2)로 입사된다. 상기 제1빛살가르개(2)는 광선을 두갈래로 나누며, 하나는 광검출기(3)으로 입사되고, 다른 하나는 거울(4)를 거쳐 제2빛살가르개(10)으로 입사된다. 상기 제2빛살가르개(10)은 입사된 광선을 두갈래로 나누며 하나는 측정시편(9)에 입사되고 다른 하나는 측정시편(9)에 입사하는 레이저 광선과 동일하게 α의 각도로 표준시편(11)에 입사한다. 상기 표준시편(11)에 입사하여 α의 각도로 반사된 정반사광선은 광검출기(13)으로 입사되고 β의 각도로 반사된 산란광선은 광검출기(12)로 입사된다. 상기 광검출기(13)과 광검출기(12)에서 검출되는 정반사광의 세기 So(α)와 산란광의 세기 So(β)를 상기식에 대입하여 표준시편의 기준 합금화도(X₀)을 구한다. 상기와 같이 구한 표준시편의 기준 합금화도(X₀)는 이때의 발생 레이저 광선의 세기와 레이저 발생장치(1) 제1빛살 가르개(2) 및 거울(4)의 배열상태에 대한 표준시편의 합금화도를 나타내는 것이다.

다음으로, 표준시편의 비교 합금화도(X₁)은 측정시편(9)의 합금화도를 구할 때에 계속적으로 구하는 것으로, 상기 표준시편의 기준 합금화도(X₀)를 구할때와 같은 방법으로 구한다. 즉, 상기와 동일한 세기의 레이저 광선을 이용하고, 상기와 같이 출력된 레이저 광선이 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)를 거쳐 제2빛살가르개(10)으로 입사된다. 상기 제2빛살가르개(10)은 입사된 광선을 두 갈래로 나누어 하나는 반사되어 측정시편(9)에 입사되고, 다른 하나는 투과하여 표준시편(11)에 입사된다. 상기 표준시편(11)에 입사된 광선은 표준시편(11)에 의해 반사되고, 이때 광검출기(13)과 광검출기(12)에 의해 정반사광의 세기 S₁(α)와 산란광의 세기 S₁(β)를 측정하고, 그 값을 상기식에 대입하여 표준시편의 비교 합금화도(X₁)을 구한다.

상기에서 구한 표준시편의 비교 합금화도(X₁)은 상기 표준시편의 기준 합금화도(X₀)와 비교하여 두값의 오차를 구한다. 상기 오차가 일정한 범위내의 값을 갖는가의 여부에 따라, 레이저 발생장치(1), 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)의 배열이 양호한 상태인가를 확인할 수 있는 것이다.

상기 배열상태의 확인결과가 양효하면 측정시편의 합금화도를 구한다. 반면에, 상기 배열상태의 확인결과가 불량하면 상기 레이저 발생장치(1), 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)의 배열상태를 보정한 후, 상기 측정시편의 합금화도를 구한다.

측정시편의 합금화도(X₂)는 상기 표준시편의 비교 합금화도(X₁)를 구할 때에 동시에 구할 수 있다.

상기 표준시편의 비교 합금화도(X₁)를 구할 때 레이저 발생장치(1)로 부터 출력된 레이저 광선이 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)을 거쳐 제2빛살가르개(10)에 입사된 후 두 갈래로 나누어져 반사되고 투과된다. 이중에서 투과된 광선은 측정시편(9)에 입사된다. 상기 측정시편(9)에 입사된 광선은 상기 측정시편에 의해 반사된다. 반사된 광선중 정반사광은 광검출기(5)로 입사되고 산란광은 광검출기(6)으로 입사된다. 상기 광검출기(5)와 광검출기(6)에서 검출되는 정반사광의 세기 S₂(α)와 산란광의 세기 S₂(β)를 상기식에 대입하여 측정시편의 합금화도(X₂)를 구한다.

본 발명에서는 광검출기(3), (5), (6), (12) 및 (13)으로 검출되는 값을 아날로그/디지탈 변환기(7) 및 컴퓨터(8)로 제어하여 출력변화의 보정 및 합금화도를 계산할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예]

제3도는 광학소자들 중 거울(4)이 원래의 고정위치에서 어긋남에 따라 레이저 입사각도가 변함에 따른 측정오차를 나타낸 그래프이다. 제3(a)도, 제3(b)도는 레이저 광선의 입사각이 원래의 측정각도와 달라짐에 따라 나타나는 합금화도 값의 변화를 나타낸 것으로써 측정에 사용된 시편의 합금화도는 제3(a)도는 8.16% Fe, 제3(b)도는 15.37% Fe 이다. 제3도로서 합금화도 측정장치의 광학소자 정렬이 일치하지 않을 경우 측정치에 큰 변동이 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 방법에 의하면 상기 광학소자들의 정렬상태를 항상 관찰할 수 있어 측정치의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 것이다.

상기한 바와같이, 측정시편(9)의 합금화도를 측정하기 위한 반사광의 진행경로상에 존재하는 광학소자들의 위치가 변하는 것에 의해, 광검출기(5)(6)으로 입사되는 광선의 진행방향이 변하게 되고, 그에 따른 합금화도의 측정값이 변하게 되는데, 본 발명에서는 상기 표준시편(11)의 합금화도 측정값을 관찰하면 측정장치 내부의 거울등과 같은 광학소자들의 위치변화에 따른 측정오차를 확인하여 보정하므로서 신뢰성 있는 합금화도를 구할 수 있는 것이다. 또한, 레이저 광원을 교체하기 위해서는 광학소자들의 미세조정이 필요하며, 이 경우에도 표준시편에 의해 조정이 용이한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 레이저 발생장치(1)로 부터 기준위치에 위치되어 있는 제1빛살가르개(2)에 레이저광선을 입사시켜, 상기 제1빛살가르개(2)에 의해 반사된 광선은 광검출기(3)으로 검출하고, 상기 제1빛살가르개(2)를 투과한 광선을 거울(4)에 의해, 상기 거울(4)와 측정시편(9)의 사이에 위치되어 반사광을 표준시편(11)에 입사각(α)로 입사되도록 배열된 제2빛살가르개(10)으로 반사시키는 단계; 상기 제2빛살가르개(10)으로 부터 반사된 후, 상기 표준시편(11)에 입사각(α)로 입사되어 표준시편(11)에 의해 반사각(α)로 반사되는 정반사광의 세기S₀(α)를 광검출기(13)으로 검출하고, 반사각(β)로 산란되는 산란광의 세기S₀(β)를 광검출기(12)로 검출하는 단계; 상기와 같이 검출된 정반사광의 세기S₀(α) 및 산란광의 세기S₀(β)값을 하기식

   (여기서, C₁, C₂는 규격상수이다)에 대입하여 상기 광검출기(3)으로 측정된 레이저광선의 세기에 대한 표준시편 기준 합금화도(X₀)를 구하는 단계; 상기 광검출기(3)로 측정되는 값이 상기 표준시편 기준 합금화도(X₀)를 구할 때 광검출기(3)에 의해 측정된 값과 동일한 값이 되도록 레이저발생장치(1)로 부터 레이저광선을 발생시켜 상기와 같이 제1 빛살가르개(2), 거울(4) 및 제2빛살가르개(10)을 통해 반사된 광선을 표준시편에 입사시키는 단계; 표준시편에 의해 반사되는 정반사광의 세기S₁(α)를 광검출기(13)으로 검출하고, 반사각(β)로 산란되는 산란광의 세기S₁(β)를 광검출기(12)로 검출하는 단계; 상기와 같이 검출된 정반사광의 세기S₁(α) 및 산란광의 세기S₁(β)를 상기식에 대입하여 표준시편의 비교 합금화도(X₁)을 구하는 단계; 상기와 같이 구한 표준시편의 기준 합금화도(X₀)와 표준시편의 비교 합금화도(X₁)을 비교하여 두 값의 오차를 구하고 이 오차값이 일정한 범위내에 들도록 상기 레이저 발생장치(1), 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)의 배열을 보정하는 단계; 상기와 같이 레이저 발생장치(1), 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)를 통해 배열을 보정한 후, 상기 광검출기(3)로 측정되는 값이 상기 표준시편 기준 합금화도(X₀)를 구할 때 광검출기(3)에 의해 측정된 값과 동일한 값이 되도록 레이저발생장치(1)로 부터 레이저광선을 발생시켜 상기와 같이 제1빛살가르개(2) 및 거울(4)을 통해 제2빛살가르개(10)에 입사시켜 투과된 광선을 측정시편(9)에 입사시키는 단계; 상기 측정시편(9)에 의해 반사되는 정반사광의 세기S₂(α)를 광검출기(5)로 검출하고, 산란되는 산란광의 세기S₂(β)를 광검출기(6)으로 검출하는 단계; 및 상기와 같이 검출된 정반사광의 세기S₂(α) 및 산란광의 세기S₂(β)를 상기식에 대입하여 측정시편의 합금화도(X₂)를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저광선을 이용한 합금화도 측정방법.