KR20140046874A - 복합 개재물 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
복합 개재물 분석 시스템이 개시된다. 상기 복합 개재물 분석 시스템은 공정 시료에 함유된 원소별 스펙트럼 신호를 측정하는 스펙트럼 신호 측정부 및 상기 원소별 스펙트럼 신호 중 소정의 주기에 있어서 일제히 피크치를 나타내는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류하는 개재물 유형 분류부를 포함한다.
Description
본 발명은 복합 개재물 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 시료에 존재하는 미지의 개재물을 파악하고 분석하기 위한 복합 개재물 분석 시스템에 관한 것이다.
발광분광분석법(Optical Emission Spectroscopy)은 임의의 물질에 존재하는 원소에서 방출되는 빛의 스펙트럼이 고유하다는 특성을 이용하여 물질의 성분을 분석하는 기술로 스파크, 아크 또는 레이저 등을 이용하여 물질의 표면을 증발시켜 여기된 원소가 안정된 궤도로 천이할 때 방출되는 빛 에너지를 분광분석을 통하여 물질 성분을 분석하는 방법이다.
이를 이용하여 용강 속에 존재하는 개재물을 분석하기 위한 방법으로 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer), SEM(Scanning Electron Microscopy), 현미경 분석 등의 방법으로 복합 개재물 조성을 파악하여 분석 대상으로 하는 개재물 유형을 사전에 결정하고, 결정된 분석 대상의 복합 개재물 조성에 대한 신호처리를 수행하여 분석하는 방법이 이용되고 있다.
도 1은 종래 개재물 분석 방법에 의한 결과 데이터의 한 예이다. 도1의 예를 참고하면 사전에 결정된 14가지 유형의 개재물의 개수, 함량, 조성비에 대한 분석 결과 데이터는 파악할 수 있지만 공정 시료에 존재하는 그 이외의 미지의 개재물에 대한 정보는 파악할 수 없다는 문제가 있다.
종래의 강종 생산에서는 거의 동일한 강종에 대하여 생산량을 증대하는 것에 초점이 맞춰져 있었지만 최근 동일한 강종의 안정적인 생산에 대한 관심보다는 고품질, 고부가 가치를 가질 수 있는 강종 샌산에 대한 관심 및 수요가 증대되고 있다. 이에 따라 종래 방법과 같이 사전에 결정된 복합 개재물 분석 방법으로는 새로운 강종, 고품질 강종을 확보하기 위한 생산 공정 개선 등이 요구를 충족시킬 수 없다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정 시료에 존재하는 미지의 개재물을 파악하고, 개재물 유형별 개수, 강도, 크기 등의 정보를 제공할 수 있는 복합 개재물 분석 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 공정 시료에 함유된 원소별 스펙트럼 신호를 측정하는 스펙트럼 신호 측정부 및 상기 원소별 스펙트럼 신호 중 소정의 주기에 있어서 일제히 피크치를 나타내는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류하는 개재물 유형 분류부를 포함하는 복합 개재물 분석 시스템을 제공한다.
상기 원소별 스펙트럼 신호를 이용하여 각 원소별 원소 임계치를 설정하는 임계치 설정부를 더 포함하며, 상기 개재물 유형 분류부는 상기 피크치가 상기 원소 임계치를 초과하는 신호 세기를 갖는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류할 수 있다.
상기 임계치 설정부는 하기의 식에 의하여 상기 원소 임계치를 설정할 수 있다.
(S: 스펙트럼 신호 세기의 표준편차 계수, P: 피크 신호 계수)
상기 개재물 유형별 개수를 산출하는 개재물 개수 산출부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 개재물 유형별로 함유된 각 원소의 스펙트럼 신호 세기를 총합하여 개재물 강도를 산출하는 개재물 강도 산출부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
하기의 식에 의하여 개재물 유형별 크기 분포를 연산하는 개재물 크기 분포 연산부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
(S: 감도인자, K1, K2: 보정계수)
상기 개재물 크기 분포를 이용하여 생성한 개재물 크기 분포도를 외부에 표시하는 디스플레이부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스펙트럼 신호 측정부는 Al, Ca, Mg, Si, Ti, Cr, Mn, C, Zr, Cu, P및 S 중 어느 하나 이상의 원소에 대한 원소별 스펙트럼 신호를 측정할 수 있다.
상기 스펙트럼 신호 측정부는 발광분광분석법(Optical Emission Spectroscopy)을 이용하여 원소별 스펙트럼 신호를 측정할 수 있다.
본 발명인 복합 개재물 분석 시스템은 공정 시료에 존재하는 미지의 개재물을 파악하고, 개재물 유형별 개수, 강도, 크기 등의 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 개재물 분석 방법에 의한 결과 데이터의 일실시예,
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 개재물 분석 시스템의 블록도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 측정부에서 측정한 원소별 스펙트럼 신호를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 개재물 유형별 복합 개재물 분류 결과 데이터,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개재물 유형별 복합 개재물 분류 결과 데이터,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 개재물 유형별 크기 분포도, 및
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개재물 유형별 크기 분포도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 개재물 분석 시스템의 블록도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 측정부에서 측정한 원소별 스펙트럼 신호를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 개재물 유형별 복합 개재물 분류 결과 데이터,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개재물 유형별 복합 개재물 분류 결과 데이터,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 개재물 유형별 크기 분포도, 및
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개재물 유형별 크기 분포도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 개재물 분석 시스템의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복합 개재물 분석 시스템(100)은 공정 시료에 함유된 원소별 스펙트럼 신호를 측정하는 스펙트럼 신호 측정부(110), 상기 원소별 스펙트럼 신호를 이용하여 각 원소 임계치를 설정하는 임계치 설정부(120), 상기 피크치가 상기 각 원소 임계치를 초과하는 신호 세기를 갖는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류하는 개재물 유형 분류부(130), 상기 개재물 유형별 개수를 산출하는 개재물 개수 산출부(140), 상기 개재물 유형별로 함유된 각 원소의 스펙트럼 신호 세기가 상기 임계치를 초과하는 개재물의 스펙트럼 신호 세기를 총합하여 개재물 강도를 산출하는 개재물 강도 산출부(150), 개재물 유형별 크기 분포를 연산하는 개재물 크기 분포 연산부(160) 및 상기 개재물 크기 분포를 이용하여 생성한 개재물 크기 분포도를 외부에 표시하는 디스플레이부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 스펙트럼 신호 측정부(110)는 공정 시료에 함유된 원소별 스펙트럼 신호를 측정한다. 스펙트럼 신호 측정부(110)는 예를 들면, 발광분광분석법(Optical Emission Spectrometer)을 이용하여 공정 시료에 함유된 원소별 스펙트럼 신호를 측정할 수 있다. 스팩트럼 측정부는 공정 시료에 인가된 전압에 의하여 발생한 스파크로부터 공정 시료를 구성하는 성분 원소별 스펙트럼 신호를 측정할 수 있다. 스펙트럼 측정부는 공정 시료를 구성하는 임의의 원소에 대한 스펙트럼 신호를 측정할 수 있으며 예를 들면Al, Ca, Mg, Si, Ti, Cr, Mn, C, Zr, Cu, P및 S 중 어느 하나 이상의 원소 스펙트럼 신호를 측정할 수 있다. 스펙트럼 측정부를 통하여 측정하고자 하는 원소의 종류는 외부에 설정에 의하여 변경될 수 있다.
임계치 설정부(120)는 스펙트럼 신호에 나타나는 각 원소의 임계치를 설정한다. 임계치 설정부(120)는 하기의 <수학식 1>에 의하여 각 원소의 임계치를 설정할 수 있다.
<수학식 1>
(S: 스펙트럼 신호 세기의 표준편차 계수, P: 피크 신호 계수)
여기서 S는 스펙트럼 신호 세기의 표준편차를 구한 것의 계수 상수를 의미하며, P는 피크 신호 계수로 명한 것으로 계수 상수로 도입하여 외부에서 임계치의 크기를 조정할 수 있는 기능을 수행한다. 개재물 유형 분류부(130)는 원소별 스펙트럼 신호 중 소정의 주기에 있어서 일제히 피크치를 나타내는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류한다. 개재물 유형 분류부(130)는 개재물 유형을 분류함에 있어서 원소 임계치를 이용할 수 있으며, 원소별 스펙트럼 신호에서 소정의 주기 동안 나타나는 피크치가 원소 임계치를 초과하는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류할 수 있다. 개재물 유형 분류부(130)는 산화물 형태로 존재하는 원소의 경우 개재물명에 산소 원소O를 붙이고, 금속간 화합물로 존재하는 원소는 + 기호와 함께 개재물명에 덧붙여 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 측정부에서 측정한 원소별 스펙트럼 신호를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 Al, Ca, Mg, Si, Ti, Cr, Mn, C및 S에 대한 스펙트럼 신호에 있어서 소정의 주기 T1, T2 구간에 개재물에 기인한 신호가 측정되었음을 알 수 있다.
T1구간을 보면, 소정의 주기 동안 Al, Ca, Mg의 스펙트럼 신호가 피크치를 나타내고 있다. T1구간에서 Al, Ca, Mg의 스펙트럼 신호의 세기는 각각의 원소 임계치 Th1, Th2, Th3를 초과하고 있으므로 개재물 유형 분류부(130)는 T1구간의 개재물 을 AlCaMgO로 분류할 수 있다.
T2구간을 보면, 소정의 주기 동안 Al, Ca, Si, Ti의 스펙트럼 신호가 피크치를 나타내고 있다. T2구간에서 Al, Si, Ti의 스펙트럼 신호의 세기는 각각의 원소 임계치 Th1, Th4, Th5를 초과하고 있으나, Ca의 스펙트럼 신호의 세기는 원소 임계치 Th2 미만의 값을 나타내고 있다. 따라서 개재물 유형 분류부(130)는 T2구간의 개재물을 원소 임계치를 초과하는 피크치를 나타내는 원소 Al, Si, Ti를 조합하여 AlSiTiO로 분류할 수 있다.
도 3에서 설명한 T1, T2구간은 예를 들기 위한 임의의 구간이며 그 이외의 구간에서도 예를 들면, AlO와 같은 개재물에 기인한 스펙트럼 신호가 나타나고 있음을 알 수 있다.
개재물 유형 분류부(130)에 의하여 분류된 개재물은 기존의 방법과 같이 EPMA, SEM, 현미경 분석 등의 방법으로 복합 개재물 조성을 파악하여 분석 대상으로 하는 개재물 유형을 사전에 정하여 놓는 것이 아닌 시료에 포함되는 원소 조합을 이용하여 개재물 유형을 파악하는 것이므로 사전에 정해지지 않은 개재물 유형도 분석 대상으로 될 수 있다.
또한, 산소가 피크치를 나타내는 시간과 무관하게 소정의 주기 동안 일제히 피크치를 갖는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류하기 때문에 대기 중에 포함되는 산소를 개재물 신호로 오인하는 경우를 배제할 수 있다.
또한, 원소별 임계치를 연산하고 스펙트럼 신호상에서 피크치가 임계치를 초과하는 원소들만을 조합하여 개재물 유형을 분류하기 때문에 신뢰도 높은 분류 결과를 제공할 수 있다.
개재물 개수 산출부(140)는 개재물 유형 분류부(130)에 의하여 분류된 개재물 유형별로 개수를 누적하여 개재물 유형별 개수를 산출한다. 산출된 개재물 유형별 개수는 분석 대상인 슬레브 시료에 포함된 개재물의 총개수를 의미한다.
개재물 강도 산출부(150)는 개재물 유형 분류부(130)에서 분류한 개재물 유형별로 개재물의 강도를 산출한다. 개재물 강도 산출부(150)는 개재물 유형별로 함유된 각 원소의 스펙트럼 신호 세기가 원소 임계치를 초과하는 개재물의 스펙트럼 신호 세기를 총합하여 개재물 강도를 산출할 수 있으며, 개재물 강도는 분석 대상인 공정 시료에 존재하는 개재물로부터 기인하는 신호의 세기를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 개재물 유형별 복합 개재물 분류 결과 데이터이고 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개재물 유형별 복합 개재물 분류 결과 데이터이다.
도 4 및 도 5는 각각 다른 공정 시료를 대상으로 분석한 결과 데이터이다.
도4 및 도5의 결과 데이터는 개재물 유형별로 세로 정렬되어 있으며 가로열은 공정 시료에 포함된 원소의 종류와 개재물 강도, 개재물 개수를 나타낸다. 각 원소의 피크치가 원소 임계치를 초과하였는지 여부에 따라 1 또는 0으로 표시하였으며, 개재물 유형은 1로 표기된 원소를 조합하여 분류될 수 있다. 개재물 강도와 개재물 개수를 개재물 유형에 따라 표시하였으며, 개재물 강도에 따라 내림차순으로 정렬되어 있다.
도4 및 도5를 참조하면 공정 시료에 포함된 미지의 복합 개재물까지 분석 대상으로 되어 있음을 알 수 있다.
개재물 크기 분포 연산부(160)는 하기의 <수학식 2>에 의하여 개재물 유형별 크기 분포를 연산한다.
<수학식 2>
(S: 감도인자, K1, K2: 보정계수)
수학식 2에서 감도인자 S는 각 원소의 스펙트럼 신호의 세기를 정규화 시키기 위한 원소별 고유값을 의미한다. 보정 계수 K1 과 K2는 외부에서 결과값을 조정하기 위한 용도의 비례 상수이다.
디스플레이부(170)는 연산된 개재물 크기 분포를 이용하여 개재물 크기 분포도를 외부에 표시한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 개재물 유형별 크기 분포도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개재물 유형별 크기 분포도이다.
도6 및 도7을 참조하면 가로축은 복합 개재물의 크기(㎛)를 나타내고 세로축은 복합 개재물의 빈도수를 나타낸 것으로서 개재물 유형에 따라 상이한 색으로 구분되어 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 복합 개재물 분석 시스템
110: 스펙트럼 신호 측정부
120: 임계치 설정부
130: 개재물 유형 결정부
140: 개재물 개수 산출부
150: 개재물 강도 산출부
160: 개재물 크기 연산부
170: 디스플레이부
110: 스펙트럼 신호 측정부
120: 임계치 설정부
130: 개재물 유형 결정부
140: 개재물 개수 산출부
150: 개재물 강도 산출부
160: 개재물 크기 연산부
170: 디스플레이부
Claims (9)
- 공정 시료에 함유된 원소별 스펙트럼 신호를 측정하는 스펙트럼 신호 측정부 및
상기 원소별 스펙트럼 신호 중 소정의 주기에 있어서 일제히 피크치를 나타내는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류하는 개재물 유형 분류부를 포함하는 복합 개재물 분석 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 원소별 스펙트럼 신호를 이용하여 각 원소별 원소 임계치를 설정하는 임계치 설정부를 더 포함하고,
상기 개재물 유형 분류부는 상기 피크치가 상기 원소 임계치를 초과하는 신호 세기를 갖는 원소를 조합하여 개재물 유형을 분류하는 복합 개재물 분석 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 개재물 유형별 개수를 산출하는 개재물 개수 산출부를 더 포함하는 복합 개재물 분석 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 개재물 유형별로 함유된 각 원소의 스펙트럼 신호 세기를 총합하여 개재물 강도를 산출하는 개재물 강도 산출부를 더 포함하는 복합 개재물 분석 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 개재물 크기 분포를 이용하여 생성한 개재물 크기 분포도를 외부에 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 복합 개재물 분석 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 스펙트럼 신호 측정부는 Al, Ca, Mg, Si, Ti, Cr, Mn, C, Zr, Cu, P및 S 중 어느 하나 이상의 원소에 대한 원소별 스펙트럼 신호를 측정하는 복합 개재물 분석 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 스펙트럼 신호 측정부는 발광분광분석법(Optical Emission Spectroscopy)을 이용하여 원소별 스펙트럼 신호를 측정하는 복합 개재물 분석 시스템.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20160047707A (ko) * | 2014-10-23 | 2016-05-03 | 현대제철 주식회사 | 강 중 구성 원소의 epma 분석 방법 |
WO2019117552A1 (ko) * | 2017-12-11 | 2019-06-20 | 주식회사 포스코 | 강재의 제조 방법 및 강재 |
Family Cites Families (4)
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JP3861480B2 (ja) | 1998-11-12 | 2006-12-20 | Jfeスチール株式会社 | スラグの分析方法及び装置 |
KR20050108479A (ko) * | 2004-05-11 | 2005-11-16 | 주식회사 포스코 | 복합 개재물의 크기분포 신속 측정방법 |
KR20060001143A (ko) * | 2004-06-30 | 2006-01-06 | 주식회사 포스코 | 대형 개재물 크기 신속 측정방법 |
KR101027260B1 (ko) * | 2008-12-23 | 2011-04-06 | 주식회사 포스코 | 불연속 스파크형 슬라브 단면 개재물의 맵 획득시스템 및 획득방법 |
-
2012
- 2012-10-11 KR KR1020120113063A patent/KR101456227B1/ko active IP Right Grant
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