KR20120002299A - 경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 시편의 경도를 측정하는 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입자 및 시편의 영상을 촬상하는 영상부, 취득된 압입자 및 시편의 영상을 이용하여 압입자를 이동하여 시편에 압입하는 구동부, 압입자의 압입에 따른 압입 변위 및 압입 하중을 측정하는 센서부, 시편의 영상, 압입 변위 및 압입 하중 중 적어도 하나를 이용하여 인장 특성 값 또는 경도 값을 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.

Description

경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MEASUREMENT OF HARDNESS AND TENSILE PROPERTIES}
본 발명은 경도 및 인장 특성을 동시에 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
발전소의 설비들은 고온, 고압 또는 장시간 운전에 따른 노화에 노출되어 있다 발전소의 경유 대용량의 전력을 발생하기 때문에, 발전소의 설비들이 고장이 난다면 정전으로까지 이어져 전력 공급자 및 전력 소비자에게 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 발전소의 설비들의 건전성 평가가 매우 중요하다.
발전소 설비들의 건전성 평가를 위해서, 설비들을 이루고 있는 재료의 정적, 동적 하중에 대한 기계적 성질인 강도, 연성, 인성, 경도 등을 평가할 수 있다.
종래에는 경도를 측정하기 위해서 현장에서 육안으로 접점자를 시편에 위치하도록 하였다. 따라서, 육안으로 압입자의 이동을 확인할 수 있는 장소에서만 사용 가능하다.
본 발명은 카메라 렌즈로부터 획득한 영상을 통해서 압입자의 위치를 제어할 수 있는 경도 및 인장 특성을 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 경도 및 인장 특성을 동시에 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 경도 및 인장 특성 측정 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 경도를 측정하는 경도 및 인장 특성 측정 장치에 있어서, 압입자 및 시편의 영상을 촬상하는 영상부, 취득된 압입자 및 시편의 영상을 이용하여 압입자를 이동하여 시편에 압입하는 구동부, 압입자의 압입에 따른 압입 변위 및 압입 하중을 측정하는 센서부, 시편의 영상, 압입 변위 및 압입 하중 중 적어도 하나를 이용하여 인장 특성 값 또는 경도 값을 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 경도 및 인장 특성 측정 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 장치를 이용하여 시편의 경도를 측정하는 방법은 시편 및 압입자의 영상을 획득하는 단계, 압입자를 시편의 압입 위치로 고정하는 단계, 압입자가 시편을 압입하는 단계, 압입자를 통해서 시편에 가해진 압입을 제거하는 단계, 압입에 따른 압입 변위 및 압입 하중을 측정하는 단계, 압입 후 시편의 영상을 획득하는 단계, 획득한 영상을 통해서 영상 정보를 생성하는 단계, 영상 정보, 압입 변위 및 압입 하중을 이용하여 시편의 인장 특성 값 및 경도 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법은 카메라 렌즈로부터 획득한 영상을 통해서 정확한게 압입자의 위치를 제어할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법은 카메라 렌즈로부터 획득한 영상을 통해 압입자의 위치를 제어하므로 측정 장소에 대한 제약이 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법은 시편의 경도와 인장 특성을 동시에 측정할 수 있다는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 장치를 나타낸 예시도이다.
도2는 경도 및 인장 특성 측정 장치의 카메라 렌즈가 내장된 위치를 나타낸 예시도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 압입자의 위치를 제어하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 압입 자국의 대각선 길이를 측정하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 경도 측정 화면을 나타낸 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 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.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 장치 및 경도 및 인장 특성 측정 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 장치를 나타낸 예시도이다.
도1을 참고하면, 경도 및 인장 특성 측정 장치(100)는 입력부(110), 제어부(120), 구동부(130), 센서부(140), 영상부(150), 산출부(160) 및 출력부(170)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 시편을 압입하는 압입자(180) 제어를 위한 압입자 명령어를 입력 받는다. 입력부(110)는 압입자(180) 의 초기 위치를 결정할 수 있다. 즉, 입력부(110)는 압입자(180) 가 압입을 가하는 시편에 위치하도록 제어 신호를 입력할 수 있다.
입력부(110)는 압입자 명령어뿐만 아니라 경도 및 인장 특성 측정 장치를 제어하는 어떠한 신호도 입력될 수 있다. 예를 들어, 입력부(110)는 경도 및 인장 특성 측정 장치에 내장된 카메라 렌즈로부터 영상을 취득하기 위한 신호를 입력 받을 수 있다. 입력부(110)는 수신한 압입자 명령어 또는 영상 취득 신호를 제어부(120)로 전송한다.
제어부(120)는 압입자 명령어를 수신하고, 압입자 명령어에 따른 구동 신호를 생성한다. 제어부(120)는 압입자 명령어에 따라서 압입자(180) 의 움직임을 제어하는 구동부(130)를 구동하기 위한 구동 신호를 생성한다. 제어부(120)는 생성한 구동 신호를 구동부(130)로 전송한다.
제어부(120)는 입력부(110)로 입력된 신호에 따라서 시편 또는 압입자(180) 의 영상을 취득할 수 있도록 영상부(150)를 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부(120)는 입력부(110)로부터 영상 취득 신호를 수신하면, 영상부(150)를 구동시켜 영상을 취득하도록 제어할 수 있는 영상부 구동 신호를 생성할 수 있다.
구동부(130)는 압입자(180) 의 움직임을 제어한다. 구동부(130)는 제어부(120)로부터 구동 신호를 수신한다. 예를 들어 구동부(130)는 수신한 구동 신호에 따라서 압입자(180) 를 움직여 시편에 압입이 가해질 곳으로 압입자(180) 를 위치할 수 있다.
또한, 구동부(130)는 압입자(180) 가 임의의 하중으로 시편을 압입하도록 제어할 수 있다. 구동부(130)는 압입자(180) 의 움직임을 제어하는 모터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동부(130)는 외부 하중 및 과부하에 안정적이며, 정밀 제어가 가능한 AC 서보모터를 사용할 수 있다. AC 서보 모터를 사용함으로써, 외부 진동 등과 같은 발생 가능한 위험 요소의 영향을 제거할 수 있다. 구동부(130)에 포함되는 AC 서보모터는 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않으며, 압입자(180) 를 움직일 수 있는 어느 장치도 가능하다.
센서부(140)는 압입자(180) 의 압입에 따른 압입 변위 및 압입 하중을 측정한다. 센서부(140)는 변위 센서 및 하중 센서를 포함한다.
변위 센서는 압입자(180) 가 시편을 압입할 때, 압입 깊이인 압입 변위를 측정한다. 변위 센서는 LVDT(Linear Variable Displacement Transducer)를 사용하나 이에 한정되지 않는다.
하중 센서는 압입자(180) 가 시편에 압입을 가하고 난 후 가해진 압입을 제거할 때 압입자(180) 가 시편에 가한 압입 하중을 측정한다.
센서부(140)는 상술한 바와 같은 변위 센서 및 하중 센서를 이용하여 압입 변위 및 압입 하중을 측정하고, 이를 산출부(160)로 전송한다.
영상부(150)는 압입자(180) 또는 시편의 영상을 취득한다. 영상부(150)는 압입자(180) 가 위치해 있는 경도 및 인장 특성 측정 장치 하단에 위치한다. 영상부(150)는 한 개 이상의 카메라 렌즈로 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 2개의 카메라 렌즈가 경도 및 인장 특성 측정 장치에 내장되어 있다. 2개의 카메라 렌즈는 도2에서 나타낸 바와 같이 장착될 수 있다. 도2를 참고하면, 경도 및 인장 특성 측정 장치의 카메라 렌즈가 내장된 위치를 알 수 있다. 경도 및 인장 특성 측정 장치의 몸체, 즉, 압입자(180) 가 돌출된 면에에 장착된다.
영상부(150)는 카메라 렌즈를 통해서 압입자(180) 또는 시편의 영상을 취득하여 취득한 영상이 출력부(170)를 통해서 시각으로 확인할 수 있도록 영상처리를 수행한다.
영상부(150)는 영상 처리된 압입자 또는 시편의 영상을 출력부(170)로 전송한다.
산출부(160)는 인장 특성 값 및 경도 값을 산출한다.
산출부(160)는 영상부(150)를 통해서 영상 처리된 영상을 이용하여 영상 정보를 생성한다. 여기서 영상 정보는 영상으로부터 카메라 렌즈와 시편의 압입 위치의 거리 정보, 압입자(180) 와 시편의 거리 정보, 압입 자국의 대각선 길이 정보 등을 포함한다.
산출부(160)는 영상으로부터 카메라 렌즈와 시편의 압입 위치의 거리 정보, 압입자(180) 와 시편의 거리 정보, 압입 자국의 대각선 길이 정보 등의 영상 정보가 출력부(170)에 표시된 영상으로부터 픽셀 단위로 산출할 수 있다. 또한, 산출부(160)는 픽셀 단위로 산출된 영상 정보를 실제 길이로 환산할 수 있다.
산출부(160)는 센서부(140)로부터 수신한 압입 변위, 압입 하중을 및 생성한 영상 정보를 이용하여 시편의 인장 특성 값 및 경도 값을 산출한다.
산출부(160)는 압입 변위 및 압입 하중을 이용하여 하중-변위 곡선 데이터를 산출할 수 있다. 산출부(160)는 산출된 하중-변위 곡선 데이터를 이용하여 시편의 인장 특성 값을 산출할 수 있다.
산출부(160)는 영상 정보 및 압입 하중을 이용하여 시편의 경도 값을 산출할 수 있다.
여기서, 시편의 경도 값은 [수학식 1]에 의해서 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Hv는 시편의 경도 값, P는 시편에 가해진 압입 하중, d는 압입 자국의 좌우 대각선 평균 값, a는 압입자(180) 의 대면각을 나타낸다.
여기서, 압입 자국의 좌우 대각선 평균 값은 [수학식2]와 같이 표현된다.
Figure pat00002
여기서
Figure pat00003
은 압입 자국의 좌 대각선,
Figure pat00004
는 압입 자국의 우 대각선이다.
또한, 압입자(180) 의 대면각이 136ㅀ 인 경우, 시편의 경도 값은 [수학식3]와 같이 표현 될 수 있다.
Figure pat00005
산출부(160)는 상술한 바와 같은 시편의 인장 특성 값 또는 경도 값을 산출하는 식은 본 발명의 일 실시예일뿐, 이에 한정되지 않는다.
산출부(160)는 산출한 시편의 인장 특성 값 및 경도 값을 출력부(170)로 출력한다.
출력부(170)는 수신한 시편 및 압입자(180) 의 영상, 시편의 인장 특성 값 및 경도 값을 화면에 출력할 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 압입자의 위치를 제어하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도3을 참고하면, 경도 및 인장 특성 측정 장치는 획득한 영상을 이용하여 압입자의 위치를 제어할 수 있다. 즉, 획득한 영상을 통해서 카메라 렌즈와 시편의 압입 위치인 L1과 카메라 렌즈로부터 압입자 초기 위치인 L을 이용함으써 압입자의 위치인h를 제어할 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 압입 자국의 대각선 길이를 측정하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도4를 참고하면, 경도 및 인장 특성 측정 장치의 두 개의 카메라 렌즈를 통해서 획득된 영상을 이용한다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 획득 된 영상 중 압입 자국 해당하는 영역의 픽셀을 검출한다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 검출된 픽셀과 각각의 카메라 렌즈와 압입 자국의 거리인 L1 및 L2를 이용하여 압입 자국의 실제 대각선 길이인 a, b를 산출할 수 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 경도 및 인장 특성 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도5를 참고하면, 단계 S500에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 시편 및 압입자의 영상을 획득한다. 여기서, 시편은 전해 연마 또는 폴리싱과 같은 연마가 수행된 것이다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 내장된 카메라 렌즈를 이용하여 시편 및 압입자의 영상을 획득하고 이를 화면으로 출력할 수 있다.
단계S510에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입자를 시편의 압입 위치로 이동시킨다. 단계 S500에서 획득하여 화면으로 출력된 영상을 확인함으로써, 시편의 압입 위치에 압입자가 위치하도록 할 수 있다. 이때, 압입자가 시편의 압입 위치에 위치할 때, 압입자의 이동 거리를 산출할 수 있다. 즉, 압입자의 초기 위치와 시편간의 거리를 산출할 수 있다.
단계 S520에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입자를 이용하여 시편을 압입한다. 즉, 경도 및 인장 특성 측정 장치는 시편에 하중을 가하여 압입자를 수직으로 하강함으로써 압입할 수 있다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 미리 설정된 설정치에 의해서 시편을 압입할 수 있다. 여기서, 설정치는 압입 속도 또는 압입 변위 등이 될 수 도 있다.
단계 S530에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입자를 통해서 시편에 가해진 압입을 제거할 수 있다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입자가 설정치 만큼 이동한 후, 일정 하중을 제거함으로써 압입자를 일정 거리만큼 위로 이동시킬 수 있다.
단계 S520 및 단계 S530은 반복적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 경도 측정장치는 최대 압입 깊이를 100um, 반복 회수를 10회로 설정될 수 있다. 이때, 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입 속도를 0.1mm/min, 일회 이동 깊이를 10um로 설정하고, 이를 10회 반복할 수 있다.
단계 S540에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입 변위 및 하중을 측정한다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 변위 센서 및 하중 센서를 이용하여 압입자의 압입 깊이 및 압입 하중을 측정할 수 있다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 단계 S520 및 단계 S530이 반복 수행될 때마다 매번 압입 깊이 및 압입 하중을 측정할 수 있다.
단계 S550에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입 후, 시편의 영상을 획득한다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입자를 이용하여 시편을 압인 한 이후, 압입 흔적이 있는 시편의 영상을 획득할 수 있다.
단계 S560에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 영상 정보를 생성한다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 획득한 압입 흔적이 있는 시편의 영상을 통해서 영상정보를 생성한다. 여기서, 영상정보는 카메라 렌즈와 시편의 압입 위치의 거리, 압입자와 시편의 거리 및 압입 자국의 대각선 길이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단계 S570에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 영상 정보, 압입 변위 및 압입 하중을 이용하여 시편의 인장 특성 값 및 경도 값을 산출한다.
경도 및 인장 특성 측정 장치는 압입 변위 및 압입 하중을 이용하여 하중-변위 곡선 데이터를 산출할 수 있다. 경도 및 인장 특성 측정 장치는 산출된 하중-변위 곡선 데이터를 이용하여 시편의 인장 특성 값을 산출할 수 있다.
또한, 경도 및 인장 특성 측정 장치는 영상 정보 및 압입 하중을 이용하여 시편의 경도 값을 산출할 수 있다.
단계 S580에서 경도 및 인장 특성 측정 장치는 화면을 통해서 시편을 압입 한 후 획득한 영상, 산출한 인장 특성 값 및 경고 값 등을 출력할 수 있다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 경도 측정 화면을 나타낸 예시도이다.
도6을 참조하면 경도 및 인장 특성 측정 장치는 경도 측정시 획득한 영상을 영상 표시 화면 부분에 출력할 수 있다. 따라서, 영상 표시 화면으로부터 압입자와 시편의 거리를 확인할 수 있다.
또한, 경도 및 인장 특성 측정 장치는 산출된 경도 값 및 인장 특성 값을 시험 정보 화면 부분에 출력할 수 있다.
상술한 경도 측정 화면의 구성은 당업자에 의해서 용이하게 변경 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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.
110 : 입력부 120 : 제어부
130 : 구동부 140 : 센서부
150 : 영상부 160 : 산출부
170 : 출력부 180 : 압입자

Claims (8)

  1. 시편의 경도를 측정하는 경도 및 인장 특성 측정 장치에 있어서,
    압입자 및 시편의 영상을 촬상하는 영상부;
    상기 취득된 압입자 및 시편의 영상을 이용하여 상기 압입자를 이동하여 상기 시편에 압입하는 구동부;
    상기 압입자의 압입에 따른 압입 변위 및 압입 하중을 측정하는 센서부;
    상기 시편의 영상, 상기 압입 변위 및 상기 압입 하중 중 적어도 하나를 이용하여 인장 특성 값 또는 경도 값을 산출하는 산출부를 포함하는 경도 및 인장 특성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는
    상기 측정된 상기 압입 하중 및 상기 압입 변위를 이용하여 하중-변위 곡선을 이용하여 상기 인장 특성 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 경도 및 인장 특성 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산출부는
    상기 압입 하중 및 상기 시편의 영상으로부터 산출된 압입 자국의 대각선 평균 값를 이용하여 상기 경도 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 경도 및 인장 특성 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경도 값은
    Figure pat00006
    <kgf/㎟>
    인 것을 특징으로 하는 경도 및 인장 특성 측정 장치.
    (여기서, Hv는 시편의 경도 값, P는 시편에 가해진 압입 하중, d는 압입 자국의 좌우 대각선 평균 값, a는 압입자 의 대면각 임)
  5. 경도 및 인장 특성 측정 장치를 이용하여 시편의 경도를 측정하는 방법에 있어서,
    시편 및 압입자의 영상을 획득하는 단계;
    상기 압입자를 상기 시편의 압입 위치로 고정하는 단계;
    상기 압입자가 상기 시편을 압입하는 단계;
    상기 압입자를 통해서 상기 시편에 가해진 압입을 제거하는 단계;
    상기 압입에 따른 압입 변위 및 압입 하중을 측정하는 단계;
    상기 압입 후 시편의 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 시편의 영상, 상기 압입 변위 및 상기 압입 하중을 이용하여 상기 시편의 인장 특성 값 및 경도 값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 경도 및 인장 특성 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인장 특성 값은
    상기 측정된 상기 압입 하중 및 상기 압입 변위를 이용하여 하중-변위 곡선을 이용하여 상기 인장 특성 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 경도 및 인장 특성 측정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 경도 값은
    상기 압입 하중 및 상기 시편의 영상으로부터 산출된 압입 자국의 대각선 평균 값를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 경도 및 인장 특성 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 경도 값은
    Figure pat00007
    <kgf/㎟>
    인 것을 특징으로 하는 경도 및 인장 특성 측정 방법.
    (여기서, Hv는 시편의 경도 값, P는 시편에 가해진 압입 하중, d는 압입 자국의 좌우 대각선 평균 값, a는 압입자 의 대면각 임)
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