KR20050063458A - 디더블류티티 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치 - Google Patents

디더블류티티 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치에 관한 것으로서,
시편홀더(6)에 고정된 DWTT 시편(1)의 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치에 있어서, 상기 시편홀더(6)의 양 끝단부에 수직으로 설치된 지지대 상부에 설치된 A 채널 조명(2) 및 B 채널 조명(3)과; 상기 시편(1)의 상부에 설치되어 시편(1)의 파단면을 촬영하는 CCD카메라(4)와; 상기 지지대에 설치되어 상기 각 조명(2, 3)을 회전시키는 회전구동부(16)와; 상기 지지대에 설치되어 상기 각 조명(2, 3)을 상하로 직선 이동시키는 직선구동부(17)와; 상기 시편(1)과 지지대 사이에 설치된 안내면을 따라서 상하로 이동 가능하게 설치된 레이저센서(5)와; 상기 안내면에 설치되어 상기 레이저(5)를 상하로 직선 이동시키는 직선구동부(18)와; 상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사각도와 상하위치 및 레이저센서(5)의 상하위치의 조정을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며,
영상처리 방식의 자동화된 DWTT 시험평가 장치에서 보다 양호한 영상결과를 얻을 수 있도록 하는 조명장치를 제공하며 조명의 각도 및 조도의 설정과정의 오차에서 발생하는 문제점을 해결하여 보다 신뢰성이 높은 시험방법이 되게 하며 특히, 다양한 각종의 시험과정에서 유발되는 시험오차를 최소화하는 장점을 지니므로 개발된 장치의 범용화가 가능한 효과를 제공한다.

Description

디더블류티티 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치{Light source mechanism for DWTT test between ductility and brittleness}
본 발명은 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열연공정으로 생산되는 강판의 품질시험을 위하여 사용되는 DWTT(Drop Weight Tear Test) 시험용 시편의 파단면을 자동으로 검사하기 위한 영상처리장치의 효과를 최대화하기 위하여, 파단면의 형상 및 높이를 고려하여 조명장치의 조사각도의 변동을 자동을 이루어 시험에 투입되는 시편에 대해 가장 양호한 영상취득 및 분리가 가능하도록 하는 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치에 관한 것이다.
최근 원유, 천연가스 등을 이송하는 파이프라인의 사용이 증가하고 있으며 이때 사용되는 강재의 경우 기존의 강재에 비하여 매우 높은 품질관리 기준이 적용된다.
이러한 목적에 사용되는 강재로는 고청정강(API강, American Petroleum Institute steel)이 사용되는데 이러한 고청정강은 철강산업의 미래 핵심분야로 주목을 받고 있다.
일반적으로 사용되는 강재의 경우 내부에 포함된 게재물(inclusion)및 조성의 연속성 결함으로 인한 파괴현상이 발생할 빈도가 높으며 이는 수송용 파이프라인에서 파이프 누출 등의 심각한 문제를 일으킨다. 실제로 가스 및 원유의 수송과정에서는 고압을 이용한 이송이 이루어지므로 미세한 구멍(pin hole)이나 균열면의 발생은 대형사고 및 환경오염을 유발할 수 있는 원인이 된다.
이상과 같은 고청정강은 연성파괴 및 취성파괴 두 가지의 특성을 주요하게 다루고 있다. 이는 앞서 언급한 DWTT 시험은 이러한 연성파괴 및 취성파괴 현상을 규명하여 제조된 강제품이 외부 충격요인에 대하여 얼마나 저항력을 나타낼 것인가를 판단하는 기본적인 자료로 사용되며 이러한 시험결과는 고청정강의 품질을 그대로 나타내게 된다.
DWTT 시험의 기본적인 방법은 시험대상이 되는 YP84.4㎏f/㎜2(12000㎰i)이하의 탄소 또는 저 합금 강관용 강에 대한 취성파괴(Cleavage 또는 Flat)에서 연성파괴(Shear 또는 Oblique)로 변화하는 온도범위를 초과하는 온도에서의 파괴진전 형상을 측정하기 위한 것으로서 시험과정에서 충격을 가하여 한번에 시편을 완전하게 파단낼 수 있어야 한다. 이때 사용되는 파단용 충격 햄머의 속도는 ASTM(E436) 조건에 의거하여 4.88 m/s 이상이어야 한다.
API 고청정강의 경우 5∼9 m/s 이내의 속도를 지닌다. 또한 파단을 효과적으로 이루기 위하여 사용되는 파단 진행의 시초가 되는 노치(notch)가공은 햄머의 중심선에서 1.59㎜ 이내에 위치해야 하며 시험높이는 시편두께 1㎜ 당 약 1000 Joule로 설정한다.
이러한 DWTT 시험의 경우 충격에 의해 파단면을 발생시키며 이때 나타나는 파단면은 연성파괴의 경우 인장되어 끊어진 형상을 지니므로 파단면이 산처럼 많이 늘어나서 파괴되는 것을 알 수 있으며, 취성파괴의 경우에는 이러한 인장과정없이 부러지는 형상을 나타내므로 늘어난 산모양의 파단면이 아니라 편평하고 균일한 파단면을 발생시킨다.
상기와 같은 DWTT 시험검사과정 결과는 작업자에 의한 수동검사기법 및 CCD 카메라를 이용한 영상처리장치를 이용하는 자동화 장치로 나뉘어지며 이들 중 정량화 및 신뢰성이 확보되는 방법은 영상처리 기법을 이용하는 자동화 장치로 이를 사용하는 경우 연성파괴면 및 취성파괴면이 정확하게 분리되어야 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다.
이러한 영상분리장치는 그 조명방법이 사선광을 이용하게 되는데 이때 사용되는 사선광의 각도의 조절결과에 따라 얻어지는 영상조건이 크게 달라질 수 있으며 이는 검사결과에 직접적인 영향을 미치게 된다. 즉 보다 향상된 영상처리결과를 얻기 위해서는 사선 조명광원의 조도 및 조명각도의 최적화가 필요하나 이에 대한 적절한 조명장치가 없다는 문제점이 있었다.
따라서 수동으로 조명각도 및 조도를 설정하므로써 설정과정에서 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 시편의 파단면의 형상을 판단하기 위한 레이저센서(laser sensor) 및 조명에 구동기구를 부가하여 시편 파단면의 형상에 따른 조명각도의 자동조절 및 조도의 자동조절이 가능한 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시편홀더(6)에 고정된 DWTT 시편(1)의 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치에 있어서, 상기 시편홀더(6)의 양 끝단부에 수직으로 설치된 지지대 상부에 설치된 A 채널 조명(2) 및 B 채널 조명(3)과; 상기 시편(1)의 상부에 설치되어 시편(1)의 파단면을 촬영하는 CCD카메라(4)와; 상기 지지대에 설치되어 상기 각 조명(2, 3)을 회전시키는 회전구동부(16)와; 상기 지지대에 설치되어 상기 각 조명(2, 3)을 상하로 직선 이동시키는 직선구동부(17)와; 상기 시편(1)과 지지대 사이에 설치된 안내면을 따라서 상하로 이동 가능하게 설치된 레이저센서(5)와; 상기 안내면에 설치되어 상기 레이저(5)를 상하로 직선 이동시키는 직선구동부(18)와; 상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사각도와 상하위치 및 레이저센서(5)의 상하위치의 조정을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 CCD카메라(4)의 측면에 설치되어 반사광의 조도를 측정하는 조도계(19)를 더 포함하여 구성되고, 상기 제어부는 상기 조도계(19)의 측정결과에 따라서 상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조도를 제어한다.
보다 바람직하게, 상기 제어부는 상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조도를 제어하는 광 제어유닛(8)과; 상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사각도를 조정하는 회전구동부(16)를 제어하는 광원 조사각도 서보제어기(9)와; 상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 위치를 이동시키는 직선구동부(17)를 제어하는 광원 상하이송 서보제어기(10)와; 상기 레이저센서(5)의 위치를 이동시키는 직선구동부(18)를 제어하는 레이저센서 상하이송 서보제어기(11)와; 상기 레이저센서(5)의 감지를 제어하는 레이저 측정유닛 및 드라이버(12)와; 상기 서보제어기(9, 10, 11)에 제어신호를 전송하는 이송장치 제어유닛(14)을 구비하고 있다.
보다 바람직하게, 상기 A, B 채널 조명(2, 3)은 조명각도(20)가 시편(1)의 최고점의 중심에 대하여 실질적으로 30∼40°의 범위로 조정된다.
보다 바람직하게, 상기 회전구동부(16)는 스템핑모터이다.
보다 바람직하게, 상기 직선구동부(17, 18)는 리니어모터이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치의 동작을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 3에 표시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 조명장치에는 바닥면의 시편홀더(6)에 시편(1)이 고정된다. 예를 들면, 상기 시편홀더(6)는 자석을 사용하거나 클램프수단을 사용하여 시편(1)이 촬영 중에 이동하지 않도록 고정하는 것이 바람직하다. 시편(1)의 중심부 상면에는 시편(1)의 파단면 영상을 촬영하기 위한 CCD카메라(4)가 설치되어 있다. 상기 CCD카메라(4)의 측면에는 반사광의 조도를 측정하는 조도계(19)가 설치되어 있다.
시편(1)의 중심부와 경사를 이루면서 양쪽 측면의 양 끝단부에 수직으로 설치된 양쪽 지지대 상부에는 A 채널 조명(2)과 B 채널 조명(3)이 설치되어 있다. A, B 채널 조명(2, 3)에는 조사각도를 조절하기 위한 회전구동부(16)와 A, B 채널 조명(2, 3)을 상하로 이송하는 이송용 직선구동부(17)가 상기 지지대에 설치되어 있다. 예를 들면 상기 회전구동부(16)는 일정한 각도만큼 회전이 가능한 스텝핑(stepping)모터를 사용하고, 상기 직선구동부(17)는 리니어(linear)모터를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 A, B 채널 조명(2, 3)은 조사각도와 조사위치를 변경할 수 있게 된다.
또한, 시편(1)과 A 채널 조명(2) 사이에는 시편(1)의 위치를 검출하는 레이저센서(5)가 이송축 상에 설치되어 있어 이송축을 따라서 직선구동부(18)에 의해 상하로 이송된다. 상기 직선구동부(18)는 리니어(linear)모터를 사용하는 것이 바람직하다.
조명장치의 제어부는 비젼프로세스부(7), 광 제어유닛(8), 광원 조사각도 서보제어기(9), 광원 상하이송 서보제어기(10), 레이저센서 상하이송 서보제어기(11), 레이저 측정유닛 및 드라이버(12), A/D(Analog/Digital) 입출력부(13), 이송장치 제어유닛(14) 및 제어 컴퓨터(15)로 구성되어 있다.
상기 비젼프로세스부(7)는 CCD카메라(4)로부터 받은 영상신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 신호로 변환하여 주는 기능을 수행한다.
광 제어유닛(8)은 조도계(19)에서 반사광의 조도를 측정한 결과에 따라서 A 채널 조명(2) 및 B 채널 조명(3)의 조도제어를 수행하며, 전원공급을 제어한다.
광원 조사각도 서보제어기(9)는 각 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사각도(20)를 조절하기 위해 회전구동부(16)를 제어한다. 광원 상하이송 서보제어기(10)는 각 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사위치를 조정하기 위해 상하 이송시키는 직선구동부(17)를 제어한다.
레이저센서 상하이송 서보제어기(11)는 시편(1)의 위치를 검출하기 위해 레이저센서(5)를 상하 이송시키는 직선구동부(18)를 제어한다.
레이저 측정유닛 및 드라이버(12)는 레이저센서(5)의 레이저 측정을 제어하기 위해 레이저의 발진을 위한 발진부 및 구동 드라이버 등을 구비하여 시편(1)의 위치를 검출한다.
A/D 입출력부(13)는 제어 컴퓨터(15)의 외부 입출력을 연결하여 주는 보드(Board)로서 동기신호, 각 이송장치의 제어신호, 조명조절신호, 불량유무 제어신호, 상기 비젼프로세스부(7)에 의한 영상신호 등의 외부 입출력을 인터페이스(Interface)하는 역할을 한다.
이송장치 제어유닛(14)은 각 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사각도, 각 A, B 채널 조명(2, 3)의 상하이송 및 레이저센서(5)의 상하이송을 제어하는 각 서보제어기(9, 10, 11)를 제어하며, 각 구동부에 전원을 공급하는 역할을 한다.
제어 컴퓨터(24)는 조명처리장치의 기본이 되는 시스템으로서 영상처리용 소프트웨어를 구비하고 있어, 소프트웨어를 제어하고 A/D 입출력부(23)의 제어 등 전체 시스템을 총괄 제어한다. 이때 작업환경 및 동작조건에 따라 일반 PC 및 산업용 PC 등을 선택적으로 사용할 수 있으며 시스템의 성능에 따라서 처리속도에 영향을 줄 수 있으므로 적절한 제어 컴퓨터를 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 DWTT 시험장치에서 얻어지는 시험편의 경우 연성과 취성파괴가 혼재하는 경우가 대부분인데 이러한 원인으로 인하여 파단면의 높이 및 형상이 매우 다르게 나타난다.
연성파괴가 우세한 경우 사선으로 나타나는 산 부분의 높이가 높아지는데 이는 파괴과정에서 연성이 강하게 나타나므로 늘어지는 정도가 크게 나타나는 결과이고 결과적으로 파단면의 높이는 높아지는 형상을 나타낸다.
반면 취성파괴가 우세하게 나타나는 경우에는 파괴과정에서 취성이 우세하므로 나타나는 산 부분의 높이가 낮아지는데 이는 취성에 의해 많이 늘어나지 않고 부러지는 양상의 파괴가 진행되기 때문이고 결과적으로 파단면의 높이는 낮아지게 된다.
이상과 같은 파괴 단면은 연성 및 취성파괴의 비율에 따라 파단면의 높이가 달라지는데 이러한 다양한 형상에 대하여 최선의 영상을 얻기 위하여 파단면에 조사되는 조명의 각도 및 조도가 조절되어야 한다.
도 1에서와 같이 DWTT 시험이 완료된 시편(1)을 정위치에 고정하고 장치를 가동하면, 시편(1)의 측면에 위치한 레이저센서(5)가 하단에서 상단으로 이동한다. 이 과정에서 DWTT 시험과정에서 필수적으로 발생하는 파단용 노치를 먼저 검출하여 시편 형상의 판단 시작점을 측정한다.
다음으로 노치(notch)에서부터 계속 레이저센서(5)를 상승시켜 시편(1)에 발생한 인장면의 최고점이 어디인지를 판단한다. 이 과정에서 시편(1)의 노치 부분에서 최고점까지의 거리를 측정하여 파단면의 형상을 측정하게 되고 이 결과를 바탕으로 조명각도(20)를 변화시킨다. DWTT 자동시험기에서 사용되는 조명각도(20)는 시편(1)의 최고점의 중심을 기준으로 30∼40°의 범위가 바람직하다. 조명각도(20)가 30°보다 작으면 시편(1)의 파단면에 밝은 부분이 많아져서 일반조명과 같이 연성면과 취성면의 구분이 어려워져 오차가 발생하고, 조명각도(20)가 40°보다 크면 시편(1)의 파단면이 산 모양일 경우 어두운 부분이 많아져서 오차가 급격히 증가하므로 영상분석이 적절하게 이루어지지 않는다.
따라서, 측정된 시편(1)의 최고점을 기준으로 30∼40°의 조사각이 이루어지도록 연산 처리한 후 조명장치의 상하이동 및 각도이동을 위한 서보장치를 구동하여 최적의 조사각도를 이루도록 한다.
이 과정에서 반사광의 조도는 조명장치내에 설치된 조도계(19)를 이용하여 측정하고 이때 나타나는 반사광의 조도를 설정치와 비교하여 사선 조명 광원의 조도를 설정한다. 이 과정까지는 A 및 B 채널의 조명장치를 동시에 점등하여 조명장치의 설정을 마친 뒤 A, B 채널의 독립적 구동을 통한 영상측정과정을 위하여 대기과정을 수행하게 되며 하나의 처리과정이 완료될 때까지 조명장치의 변동이 없이 고정된다.
일단 하나의 시험과정이 완료되고 다음 시편이 투입되면 상기한 방법을 다시 수행하여 최적각도 및 조도를 설정하는 과정을 반복하게 된다.
이하 도 2를 참조하여 본 실시예에 의한 조명장치의 동작에 대해서 설명한다.
레이저센서(5)가 시편(1)을 검출하면 상하로 이송을 시작한다(S11). 다음에 시편(1)의 노치가 검출되는지를 판단한다(S12). 노치를 검출하면 다음 단계로 진행하고 검출하지 못하면 초기상태로 복귀하여 다시 검출을 개시한다. 다음에는 시편(1)의 높이를 측정하고 측정결과를 전송한다(S13). 시편(1)의 위치에 따라서 조명각도 및 조명의 위치를 연산한다(S14). 조명의 위치 및 조명각도에 대한 데이터를 서보제어장치로 전송한다(S15). 서보제어기를 구동하여 조명각도와 위치를 조정한다(S16). 다음에 위치이동 완료신호가 검출되는지를 판단한다(S17). 위치이동완료 신호를 검출하면 측정을 종료한다(S18).
따라서 본 실시예의 조명장치는 조명의 각도 및 조도의 설정과정의 오차에서 발생하는 문제점을 해결하여 보다 신뢰성이 높은 DWTT시험이 되게 한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 영상처리 방식의 자동화된 DWTT 시험평가 장치에서 보다 양호한 영상결과를 얻을 수 있도록 하는 조명장치를 제공하며 조명의 각도 및 조도의 설정과정의 오차에서 발생하는 문제점을 해결하여 보다 신뢰성이 높은 시험방법이 되게 하며 특히, 다양한 각종의 시험과정에서 유발되는 시험오차를 최소화하는 장점을 지니므로 개발된 장치의 범용화가 가능한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치의 동작을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치를 개략적으로 나타내는 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : DWTT 시편 2 : A 채널조명
3 : B 채널조명 4 : CCD카메라
5 : 레이저센서 6 : 시편홀더
7 : 비젼프로세스부 8 : 광 제어유닛
9 : 광원 조사각도 서보제어기 10 : 광원 상하이송 서보제어기
11 : 레이저센서 상하이송 서보제어기
12 : 레이저 측정유닛 및 드라이버
13 : A/D 입출력부 14 : 이송장치 제어유닛
15 : 제어 컴퓨터 16 : 회전구동부
17 : 직선구동부 18 : 직선구동부
19 : 조도계 20 : 조명각도

Claims (6)

  1. 시편홀더(6)에 고정된 DWTT 시편(1)의 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치에 있어서,
    상기 시편홀더(6)의 양 끝단부에 수직으로 설치된 지지대 상부에 설치된 A 채널 조명(2) 및 B 채널 조명(3)과;
    상기 시편(1)의 상부에 설치되어 시편(1)의 파단면을 촬영하는 CCD카메라(4)와;
    상기 지지대에 설치되어 상기 각 조명(2, 3)을 회전시키는 회전구동부(16)와;
    상기 지지대에 설치되어 상기 각 조명(2, 3)을 상하로 직선 이동시키는 직선구동부(17)와;
    상기 시편(1)과 지지대 사이에 설치된 안내면을 따라서 상하로 이동 가능하게 설치된 레이저센서(5)와;
    상기 안내면에 설치되어 상기 레이저(5)를 상하로 직선 이동시키는 직선구동부(18)와;
    상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사각도와 상하위치 및 레이저센서(5)의 상하위치의 조정을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CCD카메라(4)의 측면에 설치되어 반사광의 조도를 측정하는 조도계(19)를 더 포함하여 구성되고, 상기 제어부는 상기 조도계(19)의 측정결과에 따라서 상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조도를 제어하는 것을 특징으로 하는 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조도를 제어하는 광 제어유닛(8)과;
    상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 조사각도를 조정하는 회전구동부(16)를 제어하는 광원 조사각도 서보제어기(9);
    상기 A, B 채널 조명(2, 3)의 위치를 이동시키는 직선구동부(17)를 제어하는 광원 상하이송 서보제어기(10)와;
    상기 레이저센서(5)의 위치를 이동시키는 직선구동부(18)를 제어하는 레이저센서 상하이송 서보제어기(11)와;
    상기 레이저센서(5)의 감지를 제어하는 레이저 측정유닛 및 드라이버(12)와;
    상기 서보제어기(9, 10, 11)에 제어신호를 전송하는 이송장치 제어유닛(14)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 A, B 채널 조명(2, 3)은 조명각도(20)가 시편(1)의 최고점의 중심에 대하여 실질적으로 30∼40°의 범위로 조정되는 것을 특징으로 하는 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전구동부(16)는 스텝핑모터인 것을 특징으로 하는 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 직선구동부(17, 18)는 리니어모터인 것을 특징으로 하는 DWTT 연성 및 취성 파단면 검출용 조명장치.
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