KR20080051478A - 강판의 변형율 측정용 그리드 생성장치 및 방법 - Google Patents

강판의 변형율 측정용 그리드 생성장치 및 방법 Download PDF

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KR20080051478A
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Abstract

본 발명은 강판의 변형율을 측정하기 위해 레이저를 이용하여 강판 표면에 그리드(grid)를 정밀하게 생성하기 위한 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진부; 상기 발생된 레이저 빔을 강판으로 반사시켜 상기 레이저 빔에 의해 상기 강판의 표면에 그리드를 생성하도록 하는 반사거울; 상기 반사거울의 각도를 조정하는 반사거울 조정부; 및 상기 레이저 발진부 및 상기 반사거울 조정부의 동작을 각각 제어하는 제어부를 포함한다.
강판, 레이저, 그리드, 변형율, 반사거울

Description

강판의 변형율 측정용 그리드 생성장치 및 방법{Apparatus and Method for Generating Grid for the Strip Deformation Measurement}
도 1은 강판 변형율 측정을 위한 광학식 그리드 분석기의 예시도이다.
도 2는 종래의 그리드 생성을 위한 격자 인쇄장치의 구성도이다.
도 3은 종래의 에칭방식의 그리드 생성장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치의 동작을 위한 타임차트도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제작한 강판 변형율 측정용 그리드의 생성결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서 알루미늄 도금재의 고온 성형 공정에 그리드 생성결과를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
40 : 강판 41 : 레이저 발진부
42 : 반사거울 43 : 반사거울 조정부
44 : 제어부 45 : 그리드
본 발명은 강판 표면상의 그리드(grid) 생성장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 강판의 변형율을 측정하기 위해 레이저를 이용하여 강판 표면에 그리드를 정밀하게 생성하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치 및 방법에 관한 것이다.
소재의 성형성 평가는 해당 소재를 이용한 부품 설계시나 또는 조업상의 가공불량에 대한 원인 분석시 중요한 항목이며, 간편하면서도 정확한 평가가 요구된다. 소재의 변형율 측정은 대표적인 성형성 평가방법으로서 소재의 특성뿐만 아니라 부품이나 공정상의 문제를 쉽게 찾아낼 수 있어 널리 사용되고 있다. 이와 같이 소재 평가 및 부품 설계시나 성형 제품의 평가를 위해서는 소재의 변형율에 대한 정밀한 측정이 필요하다.
소재의 변형율을 측정하기 위해 주로 사용되고 있는 방법은 성형전의 박판 소재 표면에 일정한 패턴을 만들고, 성형 후 패턴의 변화를 광학식으로 측정하여 측정 부위의 변형율을 측정하는 방법이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 소재 표면에 그리드(grid)를 생성하여 소재를 변형하고 그 소재 변형 후의 그리드 형상(12)을 작업자가 그리드 분석기(11)를 이용하여 획득하고, 소정의 프로그램을 통해 상기 획득된 그리드 형상과 초기의 그리드 형상을 서로 비교함으로써 해당 부위의 변형율을 계산하게 된다. 따라서, 소재의 변형율 측정의 오차는 소재의 표면에 생성된 그리드의 정밀도와 광학장비의 정밀도에 의해 결정된다고 할 수 있기 때문 에, 소재의 표면에 그리드를 정밀하게 생성시키는 것이 무엇보다도 중요하다.
종래의 변형율 측정용 그리드를 소재의 표면에 생성하는 방법은 크게 두 가지로, 소재 표면에 그리드를 인쇄하는 방법과 전해 에칭을 이용하는 방법이 있다.
전자는 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄롤러(24)를 강판(21)의 표면에 접촉시키고 강판(21)을 이송시키면서 강판(21)의 표면에 그리드를 인쇄한다(예컨대, 한국 공개실용신안공보 제1998-52859호). 이러한 인쇄방법은 간편하고 대면적에 적용 가능하지만, 격자 인쇄 후 강판의 변형시 금형과의 마찰에 의해 지워지기 쉬워서 변형율 평가가 필요한 곡률부위나 변형이 많이 일어나는 부위에서는 측정이 어렵다.
또한, 후자는 도 3에 도시된 바와 같이 대상소재(35)에 원하는 그리드 패턴을 가진 스텐실(34)과 패드(33)를 놓은 후, 전해용액으로 충분히 적신 후 금속 롤러(32)에 전류공급장치(31)를 이용하여 전기공급 및 가압함으로써 소재(35)의 표면에 에칭을 하는 방법으로서 현재 널리 사용되고 있다. 이러한 에칭법은 장비가 단순하고 비교적 저가로 원하는 그리드를 소재의 표면에 생성할 수 있으나, 절차가 복잡하고 한번에 만들 수 있는 그리드의 면적이 제한적이며, 특히 작업자의 숙련도 및 소재의 표면상태에 의해 소재의 표면에 생성된 그리드의 정밀도가 영향을 받기 때문에 양질의 그리드 생성이 용이하지 않다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 강판의 성형성 평가에 필수적인 변형율을 측정하기 위한 그리드(grid)를 강판의 표면에 정밀도 있게 생성하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 강판의 표면품질에 미치는 영향을 최소화하고, 그리드 생성작업시의 위험요소들을 제거하고 간편하게 강판 표면에 그리드를 생성할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 추가적인 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진부; 상기 발생된 레이저 빔을 강판으로 반사시켜 상기 레이저 빔에 의해 상기 강판의 표면에 그리드를 생성하도록 하는 반사거울; 상기 반사거울의 각도를 조정하는 반사거울 조정부; 및 상기 레이저 발진부 및 상기 반사거울 조정부의 동작을 각각 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강판 변형율 측정용 그리드 생성방법은, 레이저 빔을 발생시키는 제1단계; 상기 발생된 레이저 빔을 반사거울을 통해 강판으로 반사시켜 상기 레이저 빔에 의해 상기 강판의 표면에 그리드를 생성하는 제2단계; 및 상기 반사거울의 각도를 조정하여 상기 생성되는 그리드의 형상을 결정하는 제3단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 반사거울에서 반사된 레이저 빔에 의해 하나 이상의 직선 또는 곡선 형상의 그리드를 생성하도록 상기 반사거울의 각도를 조 정할 수 있으며, 보다 바람직하게는 하나 이상의 직선, 원, 타원, 사각형 중 선택되는 하나 이상의 그리드를 생성하도록 반사거울의 각도를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이저 발진부 및 반사거울 조정부의 온/오프(on/off) 동작을 제어하고 상기 레이저 발진부의 온(on) 동작시 상기 반사거울을 미리 설정된 각도로 조정하도록 상기 반사거울 조정부를 온(on) 동작시키는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 그에 대한 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진부(41), 상기 레이저 발진부(41)에서 발생되어 출력되는 레이저 빔에 의해 강판(40)의 표면에 일정 형상의 그리드(grid)(45)를 생성하도록 상기 레이저 빔을 상기 강판(10)의 표면으로 반사시키는 반사거울(42), 상기 반사거울(42)의 각도를 조정하는 반사거울 조정부(43) 및 상기 레이저 발진부(41) 및 상기 반사거울 조정부(43)의 동작을 각각 제어하는 제어부(44)를 포함하여 구성된다.
도 4에서, 상기 레이저 발진부(41)는 상기 제어부(44)의 제어신호에 따라 온/오프(on/off)되고 온(on) 동작시에 레이저 빔을 발생시켜 출력한다. 이때, 상기 출력되는 레이저 빔은 스폿(spot)형 레이저 빔이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 레이저 빔은 강판(40)으로 바로 출력되는 것이 아니라 상기 반사거울(42)을 향하여 출력된다.
상기 반사거울(42)는 상기 레이저 발진부(41)에서 발생되어 출력된 레이저 빔을 강판(40)의 표면으로 반사시키도록 공간상에 적절히 배치된다. 따라서, 상기 레이저 발진부(41)에서 출력된 레이저 빔은 상기 반사거울(42)에서 반사되어 최종적으로 상기 강판(40)의 표면으로 입사된다. 이때, 상기 레이저 빔의 출력은 상기 강판(40)의 표면에 자국을 낼 정도의 세기를 갖는다. 상기 반사거울(42)은 상기 반사거울 조정부(42)에 의하여 그 반사면의 각도가 조정된다. 보다 상세하게는 상기 반사거울(42)의 반사면이 향하고 있는 각도가 X축 및 Y축으로 조정될 뿐만 아니라 회전(360도)도 가능하다.
상기 반사거울 조정부(43)는 상기 제어부(44)의 제어신호에 따라 온/오프(on/off)되고 온(on) 동작시에 상기 반사거울(42)의 각도를 조정한다. 보다 바람직하게는 상기 반사거울 조정부(43)는 상기 반사거울(42)의 반사면이 향하고 있는 각도를 조정한다. 이와 같이 상기 반사거울 조정부(43)에 의해 반사거울(42)의 각도가 조정됨으로써, 상기 반사거울(42)에서 반사되어 강판(40)의 표면에 도달하는 레이저 빔의 도달 위치가 변경된다. 예컨대, 레이저 빔이 상기 반사거울(42)에 의해 강판(40)으로 반사되고 있는 중에 상기 반사거울(42)의 각도가 360도로 조정되면 상기 반사된 레이저 빔이 상기 강판(40)의 표면에 도달하는 위치의 궤적은 원형 형상을 갖게 되고, 이로써 원형의 그리드가 강판의 표면에 생성되는 것이다. 상기 반사거울 조정부(43)는 일례로서 2축 갈바노메터(galvanometer)와 같은 위치제어 및 미세구동 메커니즘을 이용할 수 있다.
상기 제어부(44)는 상기 레이저 발진부(41) 및 반사거울 조정부(43)의 온/오프(on/off) 동작을 제어한다. 예컨대, 상기 제어부(44)의 제어신호에 따라 상기 레이저 발진부(41)가 온(on)되면, 상기 레이저 발진부(41)는 일정한 출력 세기를 갖는 레이저 빔을 발생시켜 출력한다. 또한, 상기 제어부(44)의 제어신호에 따라 상기 반사거울 조정부(43)가 온(on)되면, 상기 반사거울 조정부(43)는 상기 반사거울(42)의 각도를 조정하도록 한다.
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 그리드 생성장치의 동작을 보다 구체적으로 설명한다. 제어부(44)의 제어신호에 따라서 레이저 발진부(41)가 온(on)되어 레이저 빔을 발생시켜 반사거울(42)을 향하여 출력하고, 상기 반사거울(42)은 상기 출력된 레이저 빔을 강판(40)으로 반사시킨다. 상기 강판(40)으로 반사된 레이저 빔은 상기 강판(40)의 표면에 자국을 냄으로써 그리드(grid)를 생성하게 된다. 이때, 상기 제어부(44)의 제어신호에 따라서 반사거울 조정부(43)가 온(on)되어 상기 반사거울(42)의 각도를 조정함으로써 상기 강판(40)의 표면에 생성되는 그리드의 형상이 결정된다. 예컨대, 상기 반사거울(42)의 각도를 360도로 변경하면 상기 반사 거울(42)에 의해 반사되어 강판(40)의 표면에 도달하는 레이저 빔은 원형의 궤적을 그리게 되고, 이로써 강판(40)의 표면에는 원형의 그리드가 생성된다. 이와 같이 상기 반사거울(42)의 각도를 조정함으로써 상기 강판(40)의 표면에 생성되는 그리드는 직선 또는 곡선을 포함하여 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 제어부(44)는 상기 레이저 발진부(41)를 미리 설정된 주기에 따라 온/오프(on/off) 동작을 제어하고, 상기 레이저 발진부(41)가 온(on) 동작시에 상기 반사거울 조정부(43)를 온(on) 동작이 되도록 제어한다. 왜냐하면 강판(40)의 표면에 원하는 형상의 그리드를 생성하기 위하여 상기 레이저 발진부(41)가 온(on)되어 레이저 빔이 출력되는 동안에 반사거울(42)의 각도를 조정해야 하기 때문이다. 이때, 상기 반사거울 조정부(43)는 미리 설정된 소정의 프로그램에 의해 상기 반사거울(42)의 각도를 조정한다. 이러한 각도조정 프로그램은 생성하고자 하는 그리드의 형상에 따라 다양하게 설정된다. 예를 들어, 원형의 그리드를 생성하기 위하여 상기 반사거울(42)의 각도를 360도로 조정하도록 프로그램을 구현할 수 있다. 또한 다수개의 원형 그리드를 생성하기 위하여 상기 반사거울(42)의 축을 조정할 수도 있다. 즉 하나의 원형 그리드를 생성하는 경우에는 상기 반사거울(42)의 각도를 360도로 조정하면 되지만, 다른 위치에 또 다른 원형 그리드를 생성하기 위해서는 상기 반사거울(42)의 축을 조정한 후에 다시 상기 반사거울(42)의 각도를 360도조 조정해야 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치 의 동작을 위한 타임차트도이다.
도 5를 참조하면, 강판(40)의 표면에 다수의 원형 그리드(grid)를 생성하기 위한 각 구성의 동작시간을 보이는 일 예시도이다. 먼저 제어부(44)는 레이저 발진부(41)를 온(on) 동작으로 제어하는 경우(t11), 반사거울 조정부(43)를 온(on) 동작으로 제어한다(t21). 이때, 상기 반사거울 조정부(43)가 온(on)되면(t21), 반사거울(42)의 각도가 조정된다(t31). 즉, 상기 레이저 발진부(41)가 온(on)되어(t11) 레이저 빔을 출력하는 동안에 상기 반사거울 조정부(43)가 온(on)되어(t21) 반사거울(42)의 각도가 조정된다(t31). 이로써 상기 반사거울(42)에서 반사된 레이저 빔에 의해 강판(40)의 표면에 원형의 그리드가 생성된다.
이어, 다른 위치에 또 다른 원형 그리드를 생성하기 위하여 상기 제어부(44)는 설정된 시간에 레이저 발진부(41)를 오프(off) 동작으로 제어한다. 이 경우 다른 위치로 레이저 빔을 반사시키기 위하여 상기 반사거울(42)의 축을 변경하도록, 상기 제어부(44)는 상기 반사거울 조정부(43)는 온(on) 동작으로 제어함으로써(t22), 상기 반사거울(42)의 축을 변경하도록 한다(t41).
이와 같이, 반사거울(42)의 축 변경이 완료되면 상기 제어부(44)는 다시 원형 그리드를 생성하기 위하여 상기 레이저 발진부(41)를 온(on) 동작으로 제어함과 동시에(t12), 상기 반사거울 조정부(43)를 온(on) 동작으로 제어함으로써(t23), 상기 반사거울(42)의 각도를 회전시킨다(t32).
이러한 동작을 계속 반복적으로 수행함으로써 다수의 원형 그리드를 생성할 수 있다. 도 5에 도시된 타임차트도는 본 발명의 일 실시형태에 따른 동작을 설명 하기 위한 것으로서 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 원하는 그리드 형상, 그리드 생성위치 등에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제작한 강판 변형율 측정용 그리드의 생성결과를 나타낸 도면이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 에칭방식 및 본 발명을 도금강판에 적용한 경우에 촬상된 그리드 사진 및 그 그리드를 광학식 그리드 분석기로 관찰한 사진을 도시한 것이다. 도 6의 (a)에 도시된 종래방식의 경우, 도금강판에 에칭이 힘들어 에칭부위가 선명하지 않으며 성형 후에도 에칭부위가 선명하지 않음을 알 수 있고, 나아가 광학식 그리드 분석기로 관찰한 경우에 에칭자국이 번져보여 정확한 형상을 도출하기 힘들다. 그러나 도 6의 (b)에 도시된 본 발명을 적용한 경우, 도금강판의 표면에 나타난 그리드의 선이 선명하게 나타나고, 성형 후 광학식 그리드 분석기를 통해 관찰하여도 그리드가 선명하게 유지됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서 알루미늄 도금재의 고온 성형 공정에 그리드 생성결과를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 에칭방식 및 본 발명을 알루미늄 도금재에 적용한 촬상된 그리드 사진 및 그 그리드를 광학식 그리드 분석기로 관찰한 사진을 도시한 것이다. 도 7의 (a)에 도시된 종래방식의 경우, 고온에서의 알루미늄 도금의 유동성에 의해 전해 에칭에 의한 그리드는 식별이 어려울 정도로 없어지게 되어 변형율 측정이 불가능하지만, 도 7의 (b)에 도시된 본 발명을 적용한 경우, 알루미늄 도금강판에 나타난 그리드의 선이 선명하게 나타나고, 성형 후 광학식 그리드 분석기를 통해 관찰하여도 그리드가 선명하게 유지되어 변형율이 가능함을 알 수 있다.
상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에서 제공된 강판의 변형율 측정용 그리드 생성장치 및 방법을 이용하면 사용이 간편하고 정밀도 있는 그리드 생성이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면 기존의 에칭과 같이 화학 약품, 고전류와 같은 위험요소를 제거하여 안전하게 그리드를 생성할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의해 기존 방식에서는 불가능했던 고온 성형 부품에 대해서도 용이하게 변형율 측정이 가능하고, 이로써 고온 성형 부품개발이나 고온 물성 측정에 있어서 신뢰성 높은 데이터를 확보할 수 있다.

Claims (8)

  1. 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진부;
    상기 발생된 레이저 빔을 강판으로 반사시켜 상기 레이저 빔에 의해 상기 강판의 표면에 그리드를 생성하도록 하는 반사거울;
    상기 반사거울의 각도를 조정하는 반사거울 조정부; 및
    상기 레이저 발진부 및 상기 반사거울 조정부의 동작을 각각 제어하는 제어부; 를 포함하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사거울 조정부는,
    상기 반사거울에서 반사된 레이저 빔에 의해 하나 이상의 직선 또는 곡선의 그리드를 생성하도록 상기 반사거울의 각도를 조정하는 것을 특징으로 하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 직선, 원, 타원, 사각형 중 선택되는 하나 이상의 그리드를 생성하도록 하는 것을 특징으로 하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 레이저 발진부 및 반사거울 조정부의 온/오프(on/off) 동작을 제어하고 상기 레이저 발진부의 온(on) 동작시 상기 반사거울을 미리 설정된 각도로 조정하도록 상기 반사거울 조정부를 온(on) 동작시키는 것을 특징으로 하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성장치.
  5. 레이저 빔을 발생시키는 제1단계;
    상기 발생된 레이저 빔을 반사거울을 통해 강판으로 반사시켜 상기 레이저 빔에 의해 상기 강판의 표면에 그리드를 생성하는 제2단계; 및
    상기 반사거울의 각도를 조정하여 상기 생성되는 그리드의 형상을 결정하는 제3단계; 를 포함하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제3단계는,
    상기 반사거울에서 반사된 레이저 빔에 의해 하나 이상의 직선 또는 곡선 형상의 그리드를 생성하도록 상기 반사거울의 각도를 조정하는 것을 특징으로 하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3단계는,
    하나 이상의 직선, 원, 타원, 사각형 중 선택되는 하나 이상의 그리드를 생성하도록 반사거울의 각도를 조정하는 것을 특징으로 하는 강판 변형율 측정용 그리드 생성방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 빔이 발생되는 동안에 상기 반사거울을 미리 설정된 각도로 조정하는 것을 특징으로 강판 변형율 측정용 그리드 생성방법.
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