KR100409204B1 - 금속표면의 확산계수 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학적인 방법을 통해서 시편을 손상시키지 않고 비파괴적으로 도금층의 금속표면의 확산계수를 측정하는 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 레이저(1)로 부터 발생된 레이저 광선의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 부분투과 거울(4)과, 레이저(1)의 출력변화에 따라 변화하는 상기 투과된 레이저 광선의 세기를 검지하는 제1광 검지기(5)와, 일정 입사각으로 측정 시편(7)의 표면에 입사되는 상기 반사된 레이저 광선 중 상기 시편(7)의 표면에서 정반사되는 정반사광(반사각 α)의 세기를 검지하는 제2광 검지기(11)와, 입사각과 다른 각도로 상기 시편(7)의 표면에서 반사되는 산란 반사광(반사각 β)의 세기를 검지하는 제3광 검지기(13) 및, 상기 제1, 제2, 제3광 검지기(5, 11, 13)에서 각각 검지한 데이터를 계산하여 상기 시편(7)의 확산계수를 측정하는 컴퓨터(13)를 포함하는 금속표면의 확산계수 측정장치가 제공된다.

Description

금속표면의 확산계수 측정장치 및 그 측정방법{Apparatus and method for measuring diffusion coefficient of metal surface}

본 발명은 소지 금속에 다른 종류의 물질이 침투되어 혼합된 정도를 나타내는 확산계수(diffusion coefficient)를 광학적으로 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

확산이란 온도, 압력, 농도 등의 차를 이용하여 서로 다른 물질들끼리 혼합물이 만들어지는 현상으로서, 금속의 경우는 두 가지 서로 다른 물질을 접착시킬 때 두 물질의 경계면에서 확산이 일어나게 함으로써 강하게 접착되게 할 수 있다. 특히, 금속의 표면에 다른 물질을 도금할 때 도금층을 이루는 물질이 소지 금속과 확산 현상을 통해서 혼합상태를 이룸으로써, 도금층이 소지 금속에 강하게 접착되는 효과를 갖는다.

그리고, 최적의 도금상태가 되기 위해서는 일정한 양의 물질이 소지 금속 내에 확산되어야 하는데, 이러한 양을 정성적으로 측정하기 위해서는 전자침 미소성분 분석기(EPMA)로 스캐닝하며 미량성분을 분석하면 된다. 그리고, 확산된 물질의 양을 정량적으로 측정하기 위해서는 물질을 용해하여 추출된 물질의 양을 계량하면 된다. 그러나, 이러한 방법은 측정에 소요되는 시간이나 비용이 많이 소요되며 측정방법이 파괴적이므로 시편을 재활용할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광학적인 방법을 통해서 시편을 손상시키지 않고 비파괴적으로 도금층의 확산계수를 측정하는 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 금속표면의 확산계수 측정장치의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 확산계수 측정방법(광학적 방법) 및 종래의 확산계수 측정방법(습식 방법)에 의한 확산계수 측정결과를 나타낸 그래프.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 레이저 2, 3 : 콜리메이팅 렌즈

4 : 부분투과 거울 5, 11, 13 : 광 검지기

6 : 빔 확대렌즈 7 : 시편

8 : 시편대 9 : 시편 지지대

10, 12 : 집광 렌즈 14 : 컴퓨터

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 레이저로 부터 발생된 레이저 광선의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 부분투과 거울과, 레이저의 출력변화에 따라 변화하는 상기 투과된 레이저 광선의 세기를 검지하는 제1광 검지기와, 일정 입사각으로 측정 시편의 표면에 입사되는 상기 반사된 레이저 광선 중 상기 시편의 표면에서 정반사되는 정반사광(반사각 α)의 세기를 검지하는 제2광 검지기와, 입사각과 다른 각도로 상기 시편의 표면에서 반사되는 산란 반사광(반사각 β)의 세기를 검지하는 제3광 검지기 및, 상기 제1, 제2, 제3광 검지기에서 각각 검지한 데이터를 계산하여 상기 시편의 확산계수를 측정하는 제어부를 포함하는 금속표면의 확산계수 측정장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 부분투과 거울에서 반사된 레이저 광선은 간격조절이 가능한 2개의 렌즈로 구성된 빔 확대렌즈를 거쳐 상기 시편에 입사되는데, 상기 2개의 렌즈간의 간격을 조절하여 레이저 광선의 조사면적을 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써, 시편의 크기에 관계없이 정밀 측정이 가능하다.

또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 레이저로 부터 발생된 레이저 광선의 일부는 투과시키고 일부는 반사시키는 단계와; 레이저의 출력변화에 따라 변화하는 상기 투과된 레이저 광선의 세기를 검지하고, 일정 입사각으로 측정 시편의 표면에 입사되는 상기 반사된 레이저 광선 중 상기 시편의 표면에서 정반사되는 정반사광(반사각 α)의 세기를 검지하며, 입사각과 다른 각도로 상기 시편의 표면에서 반사되는 산란 반사광(반사각 β)의 세기를 검지하는 단계 및; 각각 검지한 데이터를 계산하여 상기 시편의 확산계수를 검지하는 단계를 포함하는 금속표면의 확산계수 측정방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 금속표면의 확산계수 측정장치 및 그 측정방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 금속표면의 확산계수 측정장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 확산계수 측정방법(광학적 방법) 및 종래의 확산계수 측정방법(습식 방법)에 의한 확산계수 측정결과를 나타낸 그래프이다.

도 1에 보이듯이, 레이저(1)로 부터 발생된 빛은 콜리메이팅 렌즈(2, 3)를 거쳐 평행광이 된 후 부분투과 거울(4)에서 일부는 투과되고 일부는 반사된다. 투과된 레이저 광선은 제1광 검지기(5)에 입사되는데, 그러면 제1광 검지기(5)는 레이저(1)의 출력변화에 따라 변화하는 투과된 레이저 광선의 세기를 일정 물리량으로 보정하여 검지한다.

그리고, 부분투과 거울(4)에서 반사된 레이저 광선은 2개의 렌즈로 구성된 빔 확대렌즈(6)를 거쳐 일정 입사각으로 측정 시편(7)의 표면에 입사된 후 반사되는데, 이렇게 반사되는 정반사광(반사각 α)은 집광렌즈(10)를 거쳐서 제2광 검지기(11)에 입사된다. 그러나, 입사각과 다른 각도로 반사된 산란 반사광(반사각 β)은 집광렌즈(12)를 거쳐서 제3광 검지기(13)에 입사된다. 이 때, 산란 반사광(반사각 β)은 시편(7)의 표면이 거칠거나 이물질 등이 부착되어 있을 경우에 생성되는 것으로서, 이런 산란 반사광은 제3광 검지기(13)에 의해 일정 물리량으로 보정되어 검지된다.

이렇게 레이저 광선이 각각 입사되면, 제1, 제2, 제3광 검지기(5, 11, 13)는입사되는 광선을 검지한 후 입사된 광선의 세기에 비례하는 전압을 발생시키고, 변환된 전기 신호는 컴퓨터(14)에 입력되어 확산계수를 구하는데 사용된다. 이 때, 두 개의 각도(반사각 α, β)에서 측정한 반사광의 세기로부터 확산계수를 구하는 측정식은 수학식 1과 같다.

여기에서, I(α)는 정반사광의 세기, I(β)는 β 방향의 반사광의 세기, k는 비례상수를 각각 나타낸다.

그러나, 확산계수는 반사되는 시편에서의 빛의 세기에 따라 결정되므로 반사광의 세기를 정확히 측정하여야 한다. 그래서, 본 발명은 레이저 광선의 출력변화에 따라 변화하는 투과된 레이저 광선의 세기를 제1광 검지기(5)에서 일정 물리량으로 보정하여 검지하고, 시편(7)의 표면에 입사된 후 반사되는 레이저 광선의 출력 변화에 따라 변화하는 반사된 레이저 광선의 세기를 제2, 제3광 검지기(11, 13)에서 각각 일정 물리량으로 보정하여 검지함으로써 이러한 문제점을 해결하였다.

또한, 본 발명에서는 두개의 렌즈로 구성된 빔 확대렌즈(6)를 사용하여 강판에 입사되는 레이저 광선의 조사면적을 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써 시편의 크기에 관계없이 정밀 측정이 가능하도록 하였다. 즉, 시편의 측정 면적이 작을 때에는 2개의 렌즈간의 거리를 짧게하여 레이저의 조사면적을 축소시켜 측정하고, 넓은 면적을 측정하고자 할 때에는 2개의 렌즈간의 거리를 길게하여 레이저의 조사면적을 확대함으로써 상대적으로 발생되기 쉬운 측정오차의 발생을 최소화하였다.

도면에서, 미설명부호 8은 시편대, 9는 시편 지지대를 나타낸다.

앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 금속표면의 확산계수 측정장치를 사용하여 측정한 확산계수(광학적 방법)와, 종래의 확산계수 측정방법을 통해 사용하여 측정한 확산계수(습식 방법)와의 관계를 도 2에 나타냈다.

즉, 도 2에 보이듯이, 종래의 습식방법에 의한 측정결과와 본 발명의 광학적인 측정결과가 선형적인 관계를 나타내고 있어, 본 발명에서도 확산계수가 정확히 측정됨을 알 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 금속표면의 확산계수 측정장치 및 그 측정방법은 시편의 표면에서 반사되는 빛의 세기를 광 검지기로 측정하고 이 측정값으로 부터 확산계수를 직접 계산함으로써, 비교적 간단한 측정장치의 구성을 통해 강판의 확산계수를 정량화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 금속표면의 확산계수 측정장치 및 그 측정방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

1. 금속표면의 확산계수를 측정하는 장치에 있어서,

   레이저로 부터 발생된 레이저 광선의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 부분투과 거울과, 레이저의 출력변화에 따라 변화하는 상기 투과된 레이저 광선의 세기를 검지하는 제1광 검지기와, 일정 입사각으로 측정 시편의 표면에 입사되는 상기 반사된 레이저 광선 중 상기 시편의 표면에서 정반사되는 정반사광(반사각 α)의 세기를 검지하는 제2광 검지기와, 입사각과 다른 각도로 상기 시편의 표면에서 반사되는 산란 반사광(반사각 β)의 세기를 검지하는 제3광 검지기 및, 상기 제1, 제2, 제3광 검지기에서 각각 검지한 데이터를 식1로 계산하여 상기 시편의 확산계수를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면의 확산계수 측정장치.

   식 1

   여기에서, I(α)는 정반사광의 세기, I(β)는 β 방향의 반사광의 세기, k는 비례상수를 각각 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 상기 부분투과 거울에서 반사된 레이저 광선은 간격조절이가능한 2개의 렌즈로 구성된 빔 확대렌즈를 거쳐 상기 시편에 입사되는데, 상기 2개의 렌즈간의 간격을 조절하여 레이저 광선의 조사면적을 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써, 시편의 크기에 관계없이 정밀 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 금속표면의 확산계수 측정장치.
3. 금속표면의 확산계수를 측정하는 방법에 있어서,

   레이저로 부터 발생된 레이저 광선의 일부는 투과시키고 일부는 반사시키는 단계와;

   레이저의 출력변화에 따라 변화하는 상기 투과된 레이저 광선의 세기를 검지하고, 일정 입사각으로 측정 시편의 표면에 입사되는 상기 반사된 레이저 광선 중 상기 시편의 표면에서 정반사되는 정반사광(반사각 α)의 세기를 검지하며, 입사각과 다른 각도로 상기 시편의 표면에서 반사되는 산란 반사광(반사각 β)의 세기를 검지하는 단계 및;

   각각 검지한 데이터를 식1로 계산하여 상기 시편의 확산계수를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면의 확산계수 측정방법.

   식 1

   여기에서, I(α)는 정반사광의 세기, I(β)는 β 방향의 반사광의 세기, k는 비례상수를 각각 나타낸다.