KR20100066141A - 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치 및 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 특히 금속의 미세조직 내에 크랙이 발생한 영역 및 크랙이 발생하지 않은 영역을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치는, 금속 표면에 광을 조사하고, 상기 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성하는 이미지 생성부; 및 상기 생성된 이미지로부터 이미지의 밝기를 이용하여 크랙의 발생 유무를 검출하는 크랙유무 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
미세조직, 크랙, 검출, 이미지, 밝기

Description

금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치 및 검출방법{Device and method for detecting crack in microstructure of metal}
본 발명은 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 특히 금속의 미세조직 내에 크랙이 발생한 영역 및 크랙이 발생하지 않은 영역을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일부 연성 재료의 파괴는 비금속 개재물/석출물에서 우선적으로 크랙이 성장하여 합체의 과정을 동반하여 이루어진다. 이러한 재료 내의 손상진행과정이 재료의 변형 및 파괴와 밀접하게 연관되어 있다.
따라서, 이러한 상들에 대한 크랙 형성과정을 정량적으로 분석하는 것이 재료의 변형 및 파괴를 이해하기 위해 매우 중요하다. 그리고, 변형 및 파괴에 대한 이론적인 모델을 개발하고 평가하기 위해서도 필수적이라고 할 수 있다.
광학 현미경을 통한 미세조직 내의 크랙상에 대한 구별은 각 상들간의 밝기 차이에 기인하는데, 특히 크랙은 광학 현미경으로 미세조직 관찰시 검은색 선의 형태로 존재하므로 육안으로도 구별하는 것이 가능하다.
그러나, 이러한 크랙 발생상에 대한 종래의 분석은 연구자의 수작업에 기반 하여 이루어지기 때문에 그 해석이 시편의 국부적 영역에 치우치고 있으며, 각 상들의 형상, 크기 등에 관한 정보 및 분포나 밀집도 등과 같은 공간적 정보를 이해 하는 과정에서 분석을 위해 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 이미지 처리기법을 이용하여 금속의 미세조직 내에 존재하는 개별적인 상들에 대한 내부의 밝기를 측정하고, 금속의 미세조직 내에 존재하는 크랙이 발생한 상과 크랙이 발생하지 않은 상들을 검출하고 분류하여 디지털 정보화함으로써 다양한 정량분석을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 금속 표면에 광을 조사하고, 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성하는 이미지 생성부; 및 상기 생성된 이미지로부터 이미지의 밝기를 이용하여 크랙의 발생유무를 검출하는 크랙유무 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 크랙유무 검출부는, 상기 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환하고, 상기 흑백 이미지로부터 크랙이 발생한 밝기 또는 크랙이 발생하지 않은 밝기를 나타내는 기 설정된 밝기보다 높거나 낮은 밝기를 나타내는 영역을 추출하는 이미지 전처리부; 상기 추출된 영역과 상기 추출된 영역을 제외한 영역을 백색 또는 흑색의 이미지로 변환하는 이진화부; 및 상기 금속 표면의 흑색 또는 백색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 크랙이 발생한 영역 또는 크랙이 발생하지 않은 영역을 검출하는 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 금속 표면에 광을 조사하고, 상기 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성하는 제1단계; 및 상기 생성된 이미지로부터 이미지의 밝기를 이용하여 크랙의 발생유무를 검출하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2단계는, 상기 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환하는 단계; 상기 흑백 이미지로부터 크랙이 발생하지 않은 밝기를 나타내는 기 설정된 제1 밝기보다 낮은 밝기를 나타내는 제1 영역과, 크랙이 발생한 밝기를 나타내는 기 설정된 제2 밝기보다 낮은 밝기를 나타내는 제2 영역을 각각 추출하는 단계; 상기 추출된 제1 영역과 상기 제1 영역을 제외한 영역을 각각 흑색 및 백색의 이미지로 제1 이미지 변환하고, 상기 추출된 제2 영역과 상기 제2 영역을 제외한 영역을 각각 흑색 및 백색의 제2 이미지로 변환하는 단계; 및 상기 금속 표면의 백색 또는 흑색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 제1 이미지와 제2 이미지가 모두 흑색이 아니면서 모두 백색이 아닌 영역을 크랙이 발생한 영역으로 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제2단계는, 상기 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환하는 단계; 상기 흑백 이미지로부터 크랙이 발생한 밝기를 나타내는 기 설정된 밝기보다 높은 밝기를 나타내는 영역을 추출하는 단계; 상기 추출된 영역과 상기 추출된 영역을 제외한 영역을 각각 백색 및 흑색의 이미지로 변환하는 단계; 및 상기 금속 표면의 백색 또는 흑색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 백색인 영역을 크랙이 발생하지 않은 영역으로 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출방법을 제공한다.
본 발명은 이미지 처리기법을 이용하여 금속의 미세조직 내에 존재하는 개별적인 상들에 대한 내부의 밝기를 측정하고, 금속의 미세조직 내에 존재하는 크랙이 발생한 상과 크랙이 발생하지 않은 상들을 검출하고 분류하여 디지털 정보화함으로써 다양한 정량분석을 가능하게 할 수 있으므로, 금속재료의 설계 및 평가에 기여할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치의 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치는, 크게 이미지 생성부(100)와 크랙유무 검출부(200)를 포함한다.
이미지 생성부(100)는 광학 현미경(110)과 디지털 카메라(120)로 구성되는 데, 광학 현미경(110)은 금속 표면에 광을 조사하고, 디지털 카메라(120)는 광학 현미경(110)의 조사에 의해 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성한다.
크랙유무 검출부(200)는 이미지 전처리부(210), 이진화부(220), 검출부(230)로 구성되는데, 이미지 생성부(100)가 생성한 이미지로부터 이미지의 밝기를 이용하여 크랙의 발생유무를 검출한다.
이미지 전처리부(210)는 디지털 카메라(120)가 생성한 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환하고, 흑백 이미지로부터 크랙이 발생한 밝기 또는 크랙이 발생하지 않은 밝기를 나타내는 기 설정된 밝기보다 크거나 작은 밝기를 나타내는 영역을 추출한다.
이진화부(220)는 이미지 전처리부(210)가 추출한 영역과 추출한 영역을 제외한 영역을 백색 또는 흑색의 이미지로 변환한다.
검출부(230)는 이진화부(220)가 금속 표면의 흑색 또는 백색의 이미지로 변환한 영역들 중에서, 크랙이 발생한 영역 또는 크랙이 발생하지 않은 영역을 검출한다.
도 2는 본 발명의 알루미늄 합금의 미세조직 내 크랙이 발생한 상과 크랙이 발생하지 않은 상을 나타낸 광학 현미경 조직사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 금속의 미세조직 내에는 Fe 복합상(a, b)과 Mg2Si상(c)이 생긴다. a는 크랙이 발생한 Fe 복합상이고, b는 크랙이 발생하지 않은 Fe 복합상이다.
크랙이 발생된 상(a)은 내부에 줄무늬로 식별되는 크랙이 존재하기 때문에 크랙이 발생되지 않은 상(b)에 비하여 밝기가 낮고, Mg2Si상은 크랙이 발생된 상(b)에 비하여 밝기가 낮다. 즉, 밝기를 대비하여 보면, c < a < b인데, 이러한 값들은 0~255의 범위를 갖는다. 예를 들면, 크랙이 발생된 상(a), 크랙이 발생되지 않은 상(b), Mg2Si상의 밝기는 각각 80, 100, 30의 값을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 알루미늄 합금의 미세조직 내 크랙이 발생한 상을 나타낸 광학 현미경 조직사진이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 금속의 미세조직 내에서 크랙이 발생된 상(a)을 검출하면 내부에 줄무늬로 식별되는 크랙이 존재한다. 이때, 도 2의 크랙이 발생되지 않은 상(b)과 Mg2Si상(c)은 검출되지 않았음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 알루미늄 합금의 미세조직 내 크랙이 발생하지 않은 상을 나타낸 광학 현미경 조직사진이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 금속의 미세조직 내에서 크랙이 발생되지 않은 상(b)을 검출하면 크랙이 발생된 상(a)과는 달리, 내부에 줄무늬로 식별되는 크랙이 존재하지 않는다. 이때, 도 2의 크랙이 발생된 상(a)과 Mg2Si상(c)은 검출되지 않았음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 금속의 미세조직 내 크랙이 발생한 상을 검출하는 방법의 흐름도이다. 도 5를 도 1과 함께 살펴보면, 금속의 미세조직 내 크랙이 발생한 상을 검출하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 광학 현미경(110)이 금속 표면에 광을 조사하고, 디지털 카메라(120)가 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성한다 (S110).
이후에, 이미지 전처리부(210)는 디지털 카메라(120)에서 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환한다(S120).
이후에, 이미지 전처리부(210)가 변환된 흑백 이미지로부터 크랙이 발생하지 않은 밝기를 나타내는 기 설정된 제1 밝기보다 낮은 밝기를 나타내는 제1 영역과, 크랙이 발생한 밝기를 나타내는 기 설정된 제2 밝기보다 낮은 밝기를 나타내는 제2 영역을 각각 추출한다(S130). 이때, 추출된 제1 영역은 제1 밝기보다 낮은 밝기를 나타내기 때문에 크랙이 발생한 영역 및 Mg2Si 영역이고, 추출된 제2 영역은 제2 밝기보다 낮은 밝기를 나타내기 때문에 Mg2Si 영역이다.
이후에, 이진화부(220)가 이미지 전처리부(210)에서 추출된 제1 영역과 제1 영역을 제외한 영역을 각각 흑색 및 백색의 이미지로 제1 이미지 변환하고, 추출된 제2 영역과 제2 영역을 제외한 영역을 각각 흑색 및 백색의 제2 이미지로 변환한다(S140). 이때, 제1 이미지 변환에서 흑색으로 변환된 영역은 크랙이 발생한 영역 및 Mg2Si 영역이고, 백색으로 변환된 영역은 크랙이 발생하지 않은 영역이다. 그리 고, 제2 이미지 변환에서 흑색으로 변환된 영역은 Mg2Si 영역이고, 백색으로 변환된 영역은 크랙이 발생한 영역 및 크랙이 발생하지 않은 영역이다.
이후에, 검출부(230)가 이진화부(220)에서 금속 표면의 흑색 또는 백색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 제1 이미지와 제2 이미지가 모두 흑색이 아니면서 모두 백색이 아닌 영역을 크랙이 발생한 영역으로 검출한다(S150). 이때, 검출된 크랙이 발생한 영역은 제1 이미지 변환에서 흑색으로 변환되고 제2 이미지 변환에서 백색으로 변환되는 영역이다.
도 6은 본 발명의 금속의 미세조직 내 크랙이 발생하지 않은 상을 검출하는 방법의 흐름도이다. 도 6을 도 1과 함께 살펴보면, 금속의 미세조직 내 크랙이 발생하지 않은 상을 검출하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 광학 현미경(110)이 금속 표면에 광을 조사하고, 디지털 카메라(120)가 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성한다 (S210).
이후에, 이미지 전처리부(210)가 디지털 카메라(120)에서 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환한다(S220).
이후에, 이미지 전처리부(210)가 변환된 흑백 이미지로부터 크랙이 발생한 밝기를 나타내는 기 설정된 밝기보다 높은 밝기를 나타내는 영역을 추출한다 (S230). 이때, 추출된 영역은 기 설정된 밝기보다 높은 밝기를 나타내기 때문에 크 랙이 발생하지 않은 영역이다.
이후에, 이진화부(220)가 이미지 전처리부(210)에서 추출된 영역과 추출된 영역을 제외한 영역을 각각 백색 및 흑색의 이미지로 변환한다(S240). 이때, 이미지 변환에서 백색으로 변환된 영역은 크랙이 발생하지 않은 영역이고, 흑색으로 변환된 영역은 크랙이 발생한 영역 및 Mg2Si 영역이다.
이후에, 검출부(230)가 이진화부(220)에서 금속 표면의 백색 또는 흑색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 백색인 영역을 크랙이 발생하지 않은 영역으로 검출한다(S250). 이때, 검출된 크랙이 발생하지 않은 영역은 이미지 변환에서 백색으로 변환되는 영역이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 알루미늄 합금의 미세조직 내 크랙이 발생한 상과 크랙이 발생하지 않은 상을 나타낸 광학 현미경 조직사진이다.
도 3은 본 발명의 알루미늄 합금의 미세조직 내 크랙이 발생한 상을 나타낸 광학 현미경 조직사진이다.
도 4는 본 발명의 알루미늄 합금의 미세조직 내 크랙이 발생하지 않은 상을 나타낸 광학 현미경 조직사진이다.
도 5는 본 발명의 금속의 미세조직 내 크랙이 발생한 상을 검출하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 금속의 미세조직 내 크랙이 발생하지 않은 상을 검출하는 방법의 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 이미지 생성부 110 : 광학 현미경
120 : 디지털 카메라 200 : 크랙유무 검출부
210 : 이미지 전처리부 220 : 이진화부
230 : 검출부

Claims (5)

  1. 금속 표면에 광을 조사하고, 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성하는 이미지 생성부; 및
    상기 생성된 이미지로부터 이미지의 밝기를 이용하여 크랙의 발생유무를 검출하는 크랙유무 검출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크랙유무 검출부는,
    상기 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환하고, 상기 흑백 이미지로부터 크랙이 발생한 밝기 또는 크랙이 발생하지 않은 밝기를 나타내는 기 설정된 밝기보다 높거나 낮은 밝기를 나타내는 영역을 추출하는 이미지 전처리부;
    상기 추출된 영역과 상기 추출된 영역을 제외한 영역을 백색 또는 흑색의 이미지로 변환하는 이진화부; 및
    상기 금속 표면의 흑색 또는 백색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 크랙이 발생한 영역 또는 크랙이 발생하지 않은 영역을 검출하는 검출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출장치.
  3. 금속 표면에 광을 조사하고, 상기 금속 표면에서 반사되거나 산란되는 광을 수신하여 그 이미지를 생성하는 제1단계; 및
    상기 생성된 이미지로부터 이미지의 밝기를 이용하여 크랙의 발생유무를 검출하는 제2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    상기 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환하는 단계;
    상기 흑백 이미지로부터 크랙이 발생하지 않은 밝기를 나타내는 기 설정된 제1 밝기보다 낮은 밝기를 나타내는 제1 영역과, 크랙이 발생한 밝기를 나타내는 기 설정된 제2 밝기보다 낮은 밝기를 나타내는 제2 영역을 각각 추출하는 단계;
    상기 추출된 제1 영역과 상기 제1 영역을 제외한 영역을 각각 흑색 및 백색의 이미지로 제1 이미지 변환하고, 상기 추출된 제2 영역과 상기 제2 영역을 제외한 영역을 각각 흑색 및 백색의 제2 이미지로 변환하는 단계; 및
    상기 금속 표면의 흑색 또는 백색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 제1 이미지와 제2 이미지가 모두 흑색이 아니면서 모두 백색이 아닌 영역을 크랙이 발생한 영역으로 검출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    상기 생성된 광의 이미지가 나타내는 컬러 이미지를 수신하여 흑백 이미지로 변환하는 단계;
    상기 흑백 이미지로부터 크랙이 발생한 밝기를 나타내는 기 설정된 밝기보다 높은 밝기를 나타내는 영역을 추출하는 단계;
    상기 추출된 영역과 상기 추출된 영역을 제외한 영역을 각각 백색 및 흑색의 이미지로 변환하는 단계; 및
    상기 금속 표면의 백색 또는 흑색의 이미지로 변환된 영역들 중에서, 백색인 영역을 크랙이 발생하지 않은 영역으로 검출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 미세조직 내 크랙유무 검출방법.
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