KR20070016316A - 영상분석기법을 이용한 강판 수소투과 시험장치 - Google Patents

영상분석기법을 이용한 강판 수소투과 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 범랑용 강판의 수소 투과시간 측정 장치 및 방법에 관한 것으로 강판 특히 범랑용 강판의 수소투과시간을 측정함으로써 상온에서 강 중 수소의 확산 거동을 조사하거나, 범랑용 강판의 피쉬스케일(fish scale)결함 억제능력을 평가하는 기술에 관한 것이다. 강판에 발생하는 기포를 영상분석(image processing)기법으로 기포발생 시간을 측정하는 방법으로서, 영상분석 기법을 이용한 자동으로 정확한 수소투과시간을 결정하는 수소투과 시험장치와 영상분석을 위한 카메라의 설치와 기포를 효과적으로 찾을 수 있도록 조명을 설치하는 방법을 제공한다.
수소투과시험, 영상분석(Image Processing), 기포관찰, 방수형LED조명, 수소투과조

Description

영상분석기법을 이용한 강판 수소투과 시험장치 {Apparatus for the hydrogen permeability of sheet}
도 1은 본 발명의 강판 수소투과 시험장치 개략도
도 2는 강판에 빛을 비추게 하는 조명장치의 단면도
도 3은 강판에 수직으로 빛을 비추었을 때의 빛의 반사 방향
도 4는 강판에 수평으로 빛을 비추었을 때의 빛의 반사 방향
도 5는 강판에 수직으로 빛을 비추었을 때의 강판 표면
도 6은 강판에 수평으로 빛을 비추었을 때의 강판 표면
도 7은 강판에 투과된 기포
도 8은 영상분석기법으로 찾아낸 기포
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
11. 방수형 조명장치 12. 수소투과조
13. 전해조 14. 백금전극
15. 시험강판 16. 투명유리
17. 고해상도 카메라 18. 오버플로우관
19. 전해액 투입관 20. 증류수 투입관
21. 실리콘 오-링 22. 직류전원
23. 초고휘도 LED 램프 24. 수소기포
본 발명은 범랑용 강판의 수소 투과시간 측정 장치 및 방법에 관한 것으로 강판 특히 범랑용 강판의 수소투과시간을 측정함으로써 상온에서 강 중 수소의 확산 거동을 조사하거나, 범랑용 강판의 피쉬스케일(fish scale)결함 억제능력을 평가하는 기술에 관한 것이다.
강판의 수소투과시험은 수소의 확산 거동을 조사하거나 범랑 강판의 피쉬스케일에 대한 내성을 평가하기 위하여 행하는 시험으로서, 강판의 한 면을 황산 수용액과 같은 전해질 용액과 접하게 하고, 강판에 음극전류를 가하여 전기분해에 의해 형성된 일정량의 수소 이온을 강판에 흡착시킨 후, 투과된 수소 원자가 강판의 반대 면에서 나타날 때까지 시간을 측정하는 것이다.
지금까지 공지된 측정법으로서 전기화학적 방법, 육안관찰법, 가스 크로마토그라프를 사용하는 방법, 부피측정법이 있으며, 전기화학적 방법은 강판의 투과면에서 수소 원자들이 분자화 반응을 일으킬 때 발생하는 전류를 측정하며, 육안관찰법은 형성된 수소기포를 직접 눈으로 관찰하고, 가스크로마토 그라프를 이용하는 방법은 아르곤(Ar)과 같은 운반가스를 사용하여 발생된 수소의 량을 가스크로마토그라프로 분석하는 방법이며, 부피측정법은 갇혀있는 수용액중 수소기포의 발생량을 수조의 변화로 측정하는 방법이다.
전기화학적 방법[대한민국 특허 등록 92744]은 수소의 확산계수를 구하는 등 비교적　 정확한 수소투과시간을 측정할 수 있지만, 시편표면에 파라듐(Pd) 도금을 하는 등 시편의 전처리 및 준비가 매우 까다롭기 때문에 소량의 시험을 행하는 강 중 수소의 확산 거동연구 분야와 같은 곳에 주로 사용된다.
육안관찰법[대한민국 특허 등록 149691]은 범랑용 강판의 수소투과시험에 있어서 가장 널리 사용되는 방법으로서, 측정장치의 제작비가 저렴하다는 장점이 있지만, 관찰자의 주관에 따라 결과가 달라지는 문제가 있다. 또한, 장시간 시편을 관찰해야 하므로 착시현상을 일으켜 잘못된 측정결과를 야기하고 따라서 측정오차가 매우 큰 편이다.
가스크로마토그라프(gaschromatograph)[原田俊一;川崎製鐵技報,5(1973)2,p.242]를 이용하는 방법은 정확한 수소의 발생량을 평가할 수 있지만, 측정주기가 매우 길어서 짧은 시간에 수소투과가 일어나는 박강판은 측정하지 못하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하는 수단으로서 부피측정법[EN10209]은 내경 1mm이내의 모세관에 일정량의 염료용액을 넣고, 발생된 수소기포의 량에 의해 수주의 높이가 변하면 이를 알고 있는 모세관의 단면적과 높이를 곱하여 시간에 따른 부피변화를 얻게 된다. 그러나 수주높이 변화를 측정함에 있어서 광감지장치를 이용하므로 투과조의 용액에 염료를 첨가해야하고, 광감지장치가 수직으로 반복적으로 움직이면서 높이 변화를 구하기 때문에 장치에 외부광원의 영향을 받아 잡음신호가 측정을 방해하는 문제가 있다. 또한, 한번 시험하고 난후 모세관 내부에 남아있는 물방울을 건조한 공기로 세게 불어서 제거하지 않으면 물방울과 수주 사이에 갇힌 공기의 압축현상으로 다음의 시험결과가 달라지기 때문에 수소투과시험의 자동화가 곤란하다.
또 다른 부피 측정법으로 액체의 높이를 측정하는 정전용량식 레벨센서를 이용하는 방법이 있는데, 이는 액체의 미소 높이 변화를 검출할 수 있다는 장점이 있는 반면에 전기분해 시 발생하는 열로 인한 액체의 부피　 변화가 측정오차를 유발하고, 근본적으로 미소의 부피량을 측정하는 방법이기 때문에 장치의 제작에 있어서 극소량의 누수(leak)라도 방지해야 하는 어려움이 있으며, 진동과 같은 작업 환경에 취약한 면이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 강판에 발생하는 기포를 영상분석(image processing)기법으로 기포발생 시간을 측정하는 방법으로서, 영상분석 기법을 이용한 자동으로 정확한 수소투과시간을 결정하는 수소투과 시험장치와, 영상분석을 위한 카메라의 설치 및 기포를 효과적으로 찾을 수 있도록 조명을 설치하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 강판의 수소투과시간을 측정하기 위한 장치로서 황산수용액을 전기 분해해서 수소를 발생시키는 전해조, 강판의 반대편으로 투과되는 수소 기포를 관찰할 수 있는 투과조, 영상분석을 위한 고해상도 카메라, 기포의 관찰이 용이하도록 하기 위한 방수형 조명장치, 영상분석을 통해서 자동으로 수소투과 시간을 측정하는 프로그램으로 구성한 것을 특징으로 한다.
특히 본 발명의 경우, 미세한 수소 기포를 찾을 수 있도록 고해상도 카메라를 설치하였고, 수소 기포를 효과적으로 찾기 위해 강판 표면에 수평으로 빛을 비추도록 고안한 방수형 조명장치를 설치하였으며, 투과조에는 H2O대신에 NaOH같은 알칼리성 수용액을 넣음으로써, 시험 후에 황산수용액을 배출과 동시에 중화시킬 수 있도록 하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 강판 수소투과 시험장치를 개략적으로 도시한 것이다. 전해조(13)에 황산수용액을 공급하고, 투과조(12)에 증류수(H2O) 또는 알칼리성수용액을 공급한다. 전해조(13)속에 있는 백금전극(14)에 직류전원(22)의 +값을 연결하고, 시험편(15)에 직류전원의 -값을 연결한다. 이때 인가되는 전류는 강판의 두께에 따라서 0A~ 7A까지 공급을 한다. 투과조(12)내에 설치되어 있는 방수형 조명장치(11)는 최대한 강판에 근접해서 강판표면과 수평으로 빛을 비추어서 기포가 잘 보이게 한다. 강판에 수평으로 빛을 비추었을 경우(도 6)에는 발생한 기포 가 흰색으로 나타나고 강판은 어두운 색으로 나타나기 때문에 영상분석을 하는데 유리하다. 수소투과 시험중에 강판표면에는 검게 착색되는 경우가 발생하는데, 강판에 수직으로 또는 강판과 거리를 두고 빛을 비추는 경우(도 5)에는 발생하는 작은 기포들은 검은색으로 나타나고, 이 경우에 강판과 기포를 구분하기 힘든 경우가 생긴다.
발생한 기포는 고해상도 카메라를 통해서 영상분석 장치로 이미지가 전송되고 영상분석 프로그램에 의해서 정확한 수소투과 시간을 결정한다. 이때 수소가 투과되는 영상은 도 6과 도 7과 같은 형상을 띠게 되며, 영상분석 프로그램으로 발생한 기포를 찾아낼 수 있다. (도 8)
도 2는 투과조(12)내에 있는 방수형 조명장치(11)를 나타낸 것이다. 지름 3mm정도의 LED 램프(23) 다수를 방사형으로 설치를 하고, 방수가 되도록 실리콘을 빈 공간에 충진한다. 도 3은 빛을 강판(15)에 수직으로 비추었을 때 강판표면 있는 기포(24)에서 빛이 반사되는 방향을 나타낸 것으로서, 고해상도 카메라(17)에서는 강판표면은 밝은 색으로 보이고 기포는 어두운 색으로 보인다.
본 발명이 바람직한 실시 예를 들어 도시되고 기술되었지만, 본 발명 분야의 기술분야로 숙련된 자는 본 발명 사상과 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 육안관찰법을 기본으로 하고, 육안관 찰법에서 문제시되었던 관찰자의 주관에 따라 결과가 달라지는 문제를 고해상도 카메라를 이용한 자동화가 가능하므로 측정오차를 크게 줄일 수 있고, 장시간 시편을 관찰해야 하는 불편함을 해소할 수 있으며, 유지 및 보수가 쉬운 간단한 구조로 되어 있는 육안관찰법의 가장 큰 장점을 그대로 살리 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 강판의 수소투과 시간을 측정하기 위하여 방수형조명장치, 고해상도카메라, 영상분석장치, 전해조, 투명 유리판이 부착된 수소투과조를 포함하는 강판 수소투과 시험장치에 있어서,
    상기 강판의 표면에 발생하는 수소기포에 빛을 입사 시키는 방수형조명장치와,
    상기 방수형조명장치를 설치하고, 투명 유리판이 부착된 수소투과조와,
    상기 수소기포에 반사되는 빛을 받아들여 강판표면에 대한 영상정보를 획득하는 고해상도카메라와,
    상기 고해상도카메라에서 획득한 영상정보를 분석하고 소정처리를 수행하여 강판표면에 발생한 수소의 투과 시간을 자동으로 측정하는 영상처리장치를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 영상분석기법을 이용한 강판 수소투과 시험장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방수형조명장치는 강판표면에 밀착한 상태에서 강판표면과 수평으로 빛을 입사시키는 것을 특징으로 하는 영상분석기법을 이용한 강판 수소투과 시험장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소투과조는 방수형조명장치를 강판표면에 맞닿는 위치에 설치하고, 수소기포에 반사되는 빛을 투명한 유리판을 통해 고해상도카메라로 투사되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 영상분석기법을 이용한 강판 수소투과 시험장치
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고해상도카메라는 상기 조명장치로부터 수소기포로 입사되고 다시 수소기포로부터 반사되는 빛을 받을 수 있도록 강판표면과 수직으로 위치한 것을 특징으로 하는 영상분석기법을 이용한 강판 수소투과 시험장치
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019203545A1 (ko) * 2018-04-17 2019-10-24 주식회사 포스코 강재의 청정도 평가 방법

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