KR20190036584A - 구상화율 및 경도 측정용 광학장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 검사하고자하는 대상 금속의 구상화 조직 상태 및 브리넬 경도를 측정하기 위한 광학장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 구상화 측정 광학장치 및 브리넬경도 측정 광학비젼을 일체형으로 제작하여, 대상 금속의 미세관측 이미지 및 압흔 형상을 동시에 확인, 인식하고 CCD모듈을 통해 촬영된 이미지를 데이터화하여 전용 분석소프트웨어가 기설치된 컴퓨터로 전송하여, 구상형태를 정밀하게 분석, 진단할 수 있도록 하는 구상화율 및 경도 측정용 광학장치에 관한 것이다. 본 발명의 광학장치는 중앙에 위치되어 피검체가 안착되는 메카니칼 스테이지의 상하방으로, 피검체의 표면상태나 조직을 확대하여 확인할 수 있는 장비 및 피검체의 경도를 측정하기 위해 압흔 형상을 인식하는 장비가 구비되도록 일체형으로 제작함으로써, 하나의 광학장치로 피검체의 미세관측 이미지 및 압흔 형상을 복합적으로 확인, 인식할 수 있어, 장치의 구입비용이 절감되는 효과를 갖는다. 또한, 피검체의 구상화 조직 상태를 검사하기 위해 미세조직을 확대하여 확인하고, 경도를 측정하기 위해 압흔 형상을 인식하기 위해 피검체를 각각의 장비로 이동시켜야 하는 번거러운 과정이 불필요하고, 검사의 소요시간을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

Description

구상화율 및 경도 측정용 광학장치{A Optical Apparatus}
본 발명은 검사하고자하는 대상 금속의 구상화 조직 상태 및 브리넬 경도를 측정하기 위한 광학장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 구상화 측정 광학장치 및 브리넬경도 측정 광학비젼을 일체형으로 제작하여, 대상 금속의 미세관측 이미지 및 압흔 형상을 동시에 확인, 인식하고 CCD모듈을 통해 촬영된 이미지를 데이터화하여 전용 분석소프트웨어가 기설치된 컴퓨터로 전송하여, 구상형태를 정밀하게 분석, 진단할 수 있도록 하는 구상화율 및 경도 측정용 광학장치에 관한 것이다.
키기 위하여, 탄소의 입자를 구상화하는 열처리 공정을 거치게 된다.
이러한 (탄소) 구상화 열처리를 한 금속은 구상형태가 가장 안정되고, 금속의 성능이 최대화되는 상태를 유지하게 된다.
이와 같이, 생산되는 주물제품을 구상화 처리하는 것은 제품의 안정성, 내구성, 가공성 등을 향상시키는 중요한 공정으로, 구상화 처리되어 생산된 주물제품의 내부 물성을 보다 정확하고, 정밀하게 진단하고, 생산에 반영함으로써, 풀질향상 및 안정된 품질의 완성품을 제조하도록 하여 기업의 경쟁력을 강화시킬 수 있다.
그러나, 구상화 처리된 피검체는 종래에는 금속의 표면상태나 조직을 확대하여 확인하는 공정과 피검체의 경도를 측정하기 위해 압흔 형상을 인식하는 공정이 개별적으로 이루어지므로, 그에 따른 검사과정의 번거로움과 검사에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한, 이러한 공정을 거쳐 측정된 값을 바탕으로, 일부 전문가에 의해서만 피검체의 구상화 조직 상태 분석 및 경도 측정이 가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피검체의 미세관측 이미지 및 압흔 형상을 복합적으로 확인 및 인식 하기 위해 일체형으로 제작된 구상화율 및 경도 측정용 광학장치를 제공함에 그 목적이 있다.
그리고, 피검체의 미세 조직 상태를 접안렌즈를 통해 육안으로 확인할 수 있을 뿐만 아니라, CCD모듈을 통해 촬영된 이미지를 데이터화하여, 컴퓨터로 연결, 전송할 수 있는 구상화율 및 경도 측정용 광학장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 구상화 열처리된 피검체의 금속조직 또는 경도를 검사하기 위한 광학장치에 있어서, 지지프레임의 중앙 일측부에 위치되어, 피검체가 편평도를 유지하도록 상부에 안착, 고정된 상태로 전후좌우 측으로 소정간격 위치조절 가능하고, 상기 피검체가 안착되는 부분에 대응하는 크기의 투광부가 형성되는 메카니칼 스테이지; 상기 메카니컬 스테이지의 하부에 위치되어, 상기 투광부를 통해 피검체를 확대 관측하기 위한 대물렌즈 마운트; 상기 대물렌즈 마운트의 하부 일측으로 연결되되, 타측단에 구비되는 접압렌즈부 및 중앙 상단으로 연장되는 CCD 장착부가 일체형으로 형성되는 메인헤드부; 상기 메인헤드부의 CCD 장착부에 연결구비되어, 상기 대물렌즈 마운트를 통한 상기 피검체의 미세관측 이미지를 디지털 데이터로 변환하는 CCD카메라; 상기 대물렌즈 마운트의 하측부로 연결구비되되, 빛의 광량을 조절하여 상기 대물렌즈 마운트를 통해 빛을 방사하도록 하는 조명부; 및 상기 메카니칼 스테이지의 상방에 위치되도록 상기 지지프레임의 상부에 연결구비되어, 상기 피검체의 브리넬 경도를 측정하기 위한 각종 압흔을 인식하는 경도압흔 비젼부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경도압흔 비젼부는, 배율조절레바의 회전에 따라 배율이 조절되는 확대비젼; 상기 확대비젼에 호환되며 그 상부에 일체형으로 구비되되, 배율의 확장성을 높이기 위해 다중 구조의 경통으로 연결되는 CCD모듈; 및 상기 확대비젼과 상기 메카니칼 스테이지에 안착된 피검체 간의 거리 조절이 가능하도록 상기 경통의 외측부와 상기 지지프레임의 상부를 연결하는 포커싱암;을 포함하여 이루어진 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 대물렌즈 마운트는, 상기 메인헤드부에 연결되는 회전베이스의 상방으로 다수 개의 경통이 연결되고, 상기 경통들에 상응하는 각각의 배율별 대물렌즈가 구비되어 이루어진 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 메카니칼 스테이지는, 수평상태를 이루도록 상기 지지프레임의 중앙 일측부에 연결되는 고정베이스상기 고정베이스에 대하여 상기 대물렌즈의 광축에 직교하는 평면 내에서 X-Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되어, 상기 피검체가 안착, 고정되는 구동플레이트; 및 상기 구동플레이트 X-Y축 방향으로 구동시키는 구동수단; 을 포함하고, 상기 고정베이스 및 구동플레이트에는 상기 대물렌즈에 대향하는 투광부가 형성되어 이루어진 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 구동플레이트는 상기 고정베이스에 대하여, 리니어 가이드를 통해 X-Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 구동수단은: 상기 구동플레이트의 하부에는 고정되는 래크와, 상기 래크에 맞물려 연결되는 피니언 및 상기 피니언의 단부에 연결되는 조작노브를 포함하는 구성을 이루되, 적어도 하나 이상 구비되어 이루어지는 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 메인헤드에 연결되는 상기 CCD카메라는 변경, 교체가 가능하도록 탈착되는 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, LED 방식을 사용하는 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 할로겐 램프 또는 형광 램프가 사용되는 것을 일 특징으로 한다.
본 발명의 광학장치는 중앙에 위치되어 피검체가 안착되는 메카니칼 스테이지의 상하방으로, 피검체의 표면상태나 조직을 확대하여 확인할 수 있는 장비 및 피검체의 경도를 측정하기 위해 압흔 형상을 인식하는 장비가 구비되도록 일체형으로 제작함으로써, 하나의 광학장치로 피검체의 미세관측 이미지 및 압흔 형상을 복합적으로 확인, 인식할 수 있어, 장치의 구입비용이 절감되는 효과를 갖는다.
또한, 피검체의 구상화 조직 상태를 검사하기 위해 미세조직을 확대하여 확인하고, 경도를 측정하기 위해 압흔형상을 인식하기 위해 피검체를 각각의 장비로 이동시켜야 하는 번거러운 과정이 불필요하고, 검사의 소요시간을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 피검체의 미세 조직 상태를 접안렌즈를 통해 육안으로 확인할 수 있을 뿐만 아니라, CCD모듈을 통해 촬영된 이미지를 데이터화하여, 본 장치에 연결된 컴퓨터로 전송함으로써, 컴퓨터에 기설치된 전용 분석소프트웨어를 통해 손쉽게 피검체의 구상화율 및 경도를 측정, 분석이 가능하도록 하며, 효율적으로 데이터를 저장, 관리 할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 의한 구상화율 및 경도 측정용 광학장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 대물렌즈 마운트 및 메인헤드부 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 A 부분을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 경도압흔 비젼부의 형상 및 연결구조를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명하고자 하며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 구상화율 및 경도 측정용 광학장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 대물렌즈 마운트 및 메인헤드부 형상을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 2에 도시된 바를 참조하면, 본 발명의 구상화율 및 경도 측정용 광학장치(1)는 피검체(구상화 처리된 주물제품)를 올려놓는 메카니칼 스테이지(100), 그 상, 하부에 각각 위치되는 대물렌즈 마운트(200)와 경도압흔 비젼부(600), 메인헤드부(300), CCD카메라(400) 및 조명부(500)로 구성된다.
메카니칼 스테이지(100)는 직립형성되는 지지프레임(10)의 중앙 일측부에 연결되는 그 상면에 피검체가 올려지게 된다. 상기 메카니칼 스테이지(100)의 상면에는 상기 피검체가 편평도를 유지하도록 안착, 고정되며, 상기 피검체가 안착되는 부분에 대응하는 크기의 투광부(T)가 형성된다.
이때, 상기 메카니칼 스테이지(100)는 상면에 피검체가 안착된 상태로 대물렌즈 마운트(200) 또는 경도압흔 비젼부(600)의 광축에 대응되도록 전후좌우 측으로 소정간격 위치조절이 가능하도록 형성된다.
상기 투광부(T)는 투명재질로 형성되거나, 관통형성되는 개구부 형태로 형성될 수 있다.
대물렌즈 마운트(200)는 경통(220)에 유지된 대물렌즈(230)가 각각 배율별로 다수 개 구비되어, 회전베이스(210)에 지지되도록 형성된다. 상기 대물렌즈(230)는 보통 40배, 100배, 200배, 400배, 600배, 800배, 1000배
의 대물렌즈(230)들로 구성되며, 상기 회전베이스(210)를 회전시켜 원하는 배율의 대물렌즈(230)를 선택하게 된다.
상기 대물렌즈 마운트(200)는 상기 메카니칼 스테이지(100)의 하부에 위치되고, 상기 메카니칼 스테이지(100)의 투광부(T)를 통해 상기 피검체를 일정 배율로 확대 관측하게 된다.
메인헤드부(300)는 상기 대물렌즈 마운트(200)의 하부 일측에 연결되며, 타측단에는 접안렌즈부(310)가 구비되어 상기 대물렌즈(230)를 통해 관측된 상을 눈으로 직접확인이 가능하도록 한다.
또한, 상기 메인헤드부(300)에는 CCD카메라(400)가 내장 또는 외측에 탈착가능하도록 구비되는데, 상기 메인헤드부(300)의 중앙 상단으로 CCD 장착부(320)가 일체형으로 형성되어, 그 내부로 상기 CCD카메라(400)가 변경, 교체 가능하도록 탈착되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 메인헤드부(300)는 상기 CCD카메라(400)를 장착하였을 경우, 상기 접안렌즈부(310) 및 CCD카메라(400)는 동일한 초점구조를 형성하도록 설계되어, 검사자가 접안렌즈부(310) 또는 CCD카메라(400)를 통하여 정확하고 신속하게 관측이 이루어지도록 한다.
CCD카메라(400)는 상기 메인헤드부(300)의 CCD 장착부(320)에 내삽되어 연결되는데, 상기 대물렌즈 마운트(200)를 통해 관측된 상기 피검체의 이미지 상을 디지털 데이터로 변환하게 된다.
상기 CCD카메라(400)를 통해 변환된 이미지 상의 디지털 데이터는 연결된 컴퓨터(미도시)로 전송가능하게 되고, 컴퓨터에 기설치된 전용 소프트웨어와 연동시켜 상기 피검체의 구상화율을 측정가능하도록 한다,
조명부(500)는 상기 대물렌즈 마운트(200)의 하측부로 연결되어, 상기 대물렌즈 마운트(200)의 대물렌즈(230)를 통해 빛의 광량을 조절하여 방사하도록 구비된다.
상기 조명부(500)는 상기 대물렌즈(230)의 후면으로 빛이 방사될 수 있도록 설계되는 반사형 조명방식이 적용되며, 방사된 빛이 상기 피검체에 닿아서 반사되면, 상기 접안렌즈부(310)를 통해 상기 피검체의 형상을 확인할 수 있게 된다.
이때, 상기 조명부(500)는 설계시 상기 대물렌즈(230)의 광축과 방사되는 빛의 중심이 일치되며, 상기 피검체의 상태에 따라 광량을 조절하여 방사되도록 하여, 상황에 따른 최적의 해상력을 뒷받침해주는 역할을 한다.
그리고, 상기 조명부(500)는 할로겐 램프, 형광 램프, LED(Light Emitter Diode) 중 어느 하나 이상이 적용가능하나, 자연광에 근접한 LED 방식을 적용하는 것이 바람직하다.
경도압흔 비젼부(600)는 확대비젼(610), CCD모듈(620)으로 이루어져, 상기 피검체의 브리넬 경도를 측정하기 위해 각종 압흔을 인식하는 광학장비로 포커싱암(630)에 의해 상기 지지프레임(10)의 상부에 연결되어, 상기 메카니칼 스테이지(100)의 상방에 위치된다.
도 3은 도 1의 A 부분을 나타내는 사시도이다. 도 3에 도시된 바를 참조하면, 본 발명의 메카니칼 스테이지(100)는 고정베이스(110), 구동플레이트(120) 및 구동수단(130)으로 구성된다.
고정베이스(110)는 장방형의 평판 형상의 부재로 중심부분에 투광부(T)가 크게 형성되며, 수평상태를 이루도록 상기 지지프레임(10)의 중앙 일측부에 연결된다.
상기 고정베이스(110)의 상면에는 구동플레이트(120)가 리니어 가이드(미도시)를 통해 연결되고, 상기 고정베이스(110)에 대하여 X-Y축 방향으로 구동수단(130)에 의해 소정간격 위치조절 가능하게 설치된다.
또한, 상기 구동플레이트(120)의 중심부분에 투광부(T')가 형성되며, 그 상부에 상기 피검체가 위치되도록 안착, 고정된다. 상기 구동플레이트(120)의 투광부(T')는 X-Y축 방향으로 소정간격 이동하더라도, 상기 고정베이스(110)의 투광부(T)에 포함되는 범위 안에서 형성된다.
상기 구동수단(130)은 래크(132), 피니언(134) 및 조작노브(136)을 구비하는데, 상기 피니언(134)은 상기 구동플레이트(120)의 래크(132)에 맞물려 있어 조작노브(136)를 돌리면, 상기 피니언(134)이 회전한다. 상기 피니언(134), 래크(132)에 의하여 상기 구동플레이트(120)를 X-Y축 방향으로 구동하는 구동수단(130)이 구성된다.
이때, 상기 리니어 가이드가 X축 및 Y축 방향으로 각각 형성되고, 그에 상응하도록 상기 구동수단(130)은 X축 이동 및 Y축 이동을 담당하도록 각각 2 개씩 한 쌍으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 경도압흔 비젼부의 형상 [0044] 및 연결구조를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바를 참조하면, 상기 경도압흔 비젼부(600)의 확대비젼(610)은 배율조절레바(611)를 회전시켜 배율을 조절하여, 상기 피검체에 형성된 각종 크기의 압흔을 정밀하게 관측하도록, 최저 20배 ~ 최고 270배까지 줌스트레오 타입으로 배율이 조절될 수 있도록 구성된다.
CCD모듈(620)은 상기 확대비젼(610)을 통해 관측된 상기 피검체 압흔의 테두리를 정확하게 인식할 수 있도록 상기 확대비젼(610)과 일체형으로 상호 호환되게 설계된다.
상기 경도압흔 비젼부(600)는 상기 확대비젼(610)을 통해 관측된 상기 피검체 압흔의 테두리 이미지 상을 상기 CCD모듈(620)을 통해 디지털 데이타화하여, 그와 연결되는 컴퓨터(미도시)로 전송가능하도록 한다.
상기 경도압흔 비젼부(600)는 상기 확대비젼(610)의 배율과 CCD모듈(620)의 확장성을 계산하고, 상기 컴퓨터에 기설치된 전용 소프트웨어와 연동시켜 상기 피검체의 브리넬 또는 마이크로 경도의 측정값 도출이 가능하도록 한다.
상기 확대비젼(610)과 CCD모듈(620)은 2중 구조의 경통(621)으로 연결되어, 경우에 따라 배율의 확대 및 축소 범위를 확장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
포커싱암(630)은 상기 메카니칼 스테이지(100)에 안착된 피검체에 대해, 상기 확대비젼(610)의 초점을 조절해주는 역할을 한다.
상기 포커싱암(630)은 상기 지지프레임(10)의 상부 일측과 상기 경통(621)의 외측부를 상호 연결하여, 상기 확대비젼(610)의 높이조절이 가능하도록 하되, 상기 확대비젼(610) 및 CCD모듈(620)을 진동없이 지지하는 역할을 하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 지지프레임 100: 메카니칼 스테이지
110: 고정베이스 120: 구동플레이트
130: 구동수단 200: 대물렌즈 마운트
210: 회전베이스 220: 경통
230: 대물렌즈 300: 메인헤드부
310: 접안렌즈부 320: CCD 장착부
400: CCD 카메라 500: 조명부
600: 경도압흔 비젼부 610: 확대비젼
620: CCD 모듈 630: 포커싱암

Claims (5)

  1. 구상화 열처리된 피검체의 금속조직 또는 경도를 검사하기 위한 광학장치에 있어서,
    지지프레임의 중앙 일측부에 위치되어, 피검체가 편평도를 유지하도록 상부에 안착, 고정된 상태로 전후좌우 측으로 소정간격 위치조절 가능하고, 상기 피검체가 안착되는 부분에 대응하는 크기의 투광부가 형성되는 메카니칼 스테이지;
    상기 메카니컬 스테이지의 하부에 위치되어, 상기 투광부를 통해 피검체를 확대 관측하기 위한 대물렌즈 마운트;
    상기 대물렌즈 마운트의 하부 일측으로 연결되되, 타측단에 구비되는 접압렌즈부 및 중앙 상단으로 연장되는 CCD 장착부가 일체형으로 형성되는 메인헤드부;
    상기 메인헤드부의 CCD 장착부에 연결구비되어, 상기 대물렌즈 마운트를 통한 상기 피검체의 미세관측 이미지를 디지털 데이터로 변환하는 CCD카메라;
    상기 대물렌즈 마운트의 하측부로 연결구비되되, 빛의 광량을 조절하여 상기 대물렌즈 마운트를 통해 빛을 방사하도록 하는 조명부; 및
    상기 메카니칼 스테이지의 상방에 위치되도록 상기 지지프레임의 상부에 연결구비되어, 상기 피검체의 브리넬 경도를 측정하기 위한 각종 압흔을 인식하는 경도압흔 비젼부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 구상화율 및 경도 측정용 광학장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경도압흔 비젼부는,
    배율조절레바의 회전에 따라 배율이 조절되는 확대비젼;
    상기 확대비젼에 호환되며 그 상부에 일체형으로 구비되되, 배율의 확장성을 높이기 위해 다중 구조의 경통으로 연결되는 CCD모듈; 및
    상기 확대비젼과 상기 메카니칼 스테이지에 안착된 피검체 간의 거리 조절이 가능하도록 상기 경통의 외측부와
    상기 지지프레임의 상부를 연결하는 포커싱암;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 구상화율 및 경도 측정용 광학장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈 마운트는,
    상기 메인헤드부에 연결되는 회전베이스의 상방으로 다수 개의 경통이 연결되고, 상기 경통들에 상응하는 각각의 배율별 대물렌즈가 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 구상화율 및 경도 측정용 광학장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메카니칼 스테이지는,
    수평상태를 이루도록 상기 지지프레임의 중앙 일측부에 연결되는 고정베이스;
    상기 고정베이스에 대하여 상기 대물렌즈의 광축에 직교하는 평면 내에서 X-Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되어, 상기 피검체가 안착, 고정되는 구동플레이트; 및
    상기 구동플레이트 X-Y축 방향으로 구동시키는 구동수단;을 포함하고,
    상기 고정베이스 및 구동플레이트에는 상기 대물렌즈에 대향하는 투광부가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 구상화율 및 경도 측정용 광학장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동플레이트는 상기 고정베이스에 대하여, 리니어 가이드를 통해 X-Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
    상기 구동수단은:
    상기 구동플레이트의 하부에는 고정되는 래크와, 상기 래크에 맞물려 연결되는 피니언 및 상기 피니언의 단부에 연결되는 조작노브를 포함하는 구성을 이루되, 적어도 하나 이상 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 구상
    화율 및 경도 측정용 광학장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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