KR20160052856A

KR20160052856A - 소결광 성분의 정량화 방법

Info

Publication number: KR20160052856A
Application number: KR1020140147921A
Authority: KR
Inventors: 지윤경
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-13
Also published as: KR101622291B1

Abstract

본 발명은 소결광에 광을 조사하는 과정, 상기 소결광으로부터 반사되는 광의 휘도 데이터를 영역별로 획득하는 과정, 상기 소결광에 포함된 성분들의 각 휘도값에 따른 명암이 나타나도록 각 영역별 화상 이미지를 생성하는 과정, 생성된 화상 이미지들에서 명암별로 면적을 산출하고, 상기 화상 이미지들을 편집하는 과정, 및 상기 산출된 면적을 이용하여 각 성분에 대한 함량을 정량화하는 과정을 포함하여, 분석 오차를 감소시켜 분석에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Description

소결광 성분의 정량화 방법{Quantitative Method for Constituents of Sintered Ore}

본 발명은 소결광 성분의 정량화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분석 오차를 감소시켜 분석에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 소결광 성분의 정량화 방법에 관한 것이다.

소결광은 고로의 제선 공정에서 원료로 사용되며, 크게 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그, 및 기공으로 이루어진다.

소결광은 한국등록특허 10-0896579호에 개시된 바와 같이 제조될 수 있다. 즉, 각종의 철광석과 부원료를 포함하는 소결원료 및 코크스를 배합하여 소결원료 호퍼에 장입하고, 이것을 드럼형 피더와 장입장치를 통하여 소결기 대차에 장입한다. 그리고 장입된 소결원료의 표면을 점화로를 이용하여 착화하고 흡인 블로어에 의해 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 소결원료층 내에서 코크스를 연소시키는 등의 소결반응을 진행시켜 소결광을 제조한다. 제조된 소결광은 고온 파쇄기에서 1차 파쇄되어 냉각기에 넣어져 냉각되고 다시 냉각된 소결광은 저온 파쇄기 및 스크린에서 일정 크기의 소결광으로 제조되어 용광로로 보내지게 된다.

이때, 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그 및 기공 각 성분의 함량에 따라 소결광의 품질 편차가 발생할 수 있다. 따라서, 소결광의 품질 확인 또는 개선을 위해서는 제조된 소결광 내 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그, 및 기공의 성분을 함량을 검출하는 정량화 분석이 필요하다.

소결광의 성분들에 대한 함량을 정량화하기 위해, 통상적으로 광학 현미경을 통해 분석한다. 즉, 광학 현미경을 통해 소결광에 광을 조사하고, 소결광으로부터 반사되는 광의 휘도 데이터를 획득하여, 소결광에 포함된 성분들의 각 휘도값에 따른 명암이 나타나도록 화상 이미지를 생성한다. 그리고, 생성된 화상 이미지에서 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그, 및 기공의 각각의 영역 또는 개체를 분석하고, 각 영역에 대한 면적을 측정하여 정량화할 수 있다.

한편, 기공은 빈 공간이기 때문에, 빛을 모두 흡수하며, 이를 화상 이미지로 나타낼 경우, 검정색으로 나타난다. 이에, 기공 주변에 위치하는 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트 등의 광물을 정량화하고자 할 때, 기공의 최외각 또는 가장자리 영역의 외측 영역이 실제 광물 영역임에도 불구하고, 기공으로 인해 낮은 휘도를 보인다.

즉, 기공과 인접하도록 최외각 외측에 적철광, 자철광 또는 칼슘 페라이트 성분과 같은 광물이 위치하여, 기공의 최외각의 바로 외측 영역은 광물로 분류되어야 하지만, 상술한 바와 같이 기공으로 인해 낮은 휘도값을 갖게 되어, 분석하고자 하는 광물 성분에 비해 휘도가 낮은 다른 성분으로 측정되는 오차가 발생된다.

또한, 기공이 크고 깊을수록 기공의 중앙(또는 중심부) 영역이 굴절로 인해, 다른 영역에 비해 휘도값이 높게 측정되는 오차가 발생되어, 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 측정되는 오차가 생긴다.

다른 문제로서, 소결광 제조시에 슬래그와 반사광 휘도가 중첩 또는 유사한 에폭시 수지가 혼합되는데, 빈 공간인 기공에 에폭시 수지가 채워지게 되면, 기공을 슬래그로 인식하여 측정하는 오차가 생기게 된다.

이와 같이, 종래에는 상기한 바와 같은 오차로 인해, 소결광을 구성하는 성분 즉, 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그, 및 기공 각각의 성분 함량을 정확하게 정량화할 수 없는 문제가 있었다.

KR

10-0896579

B1

KR

10-1316911

B1

본 발명은 넓은 영역의 소결광 조직을 관찰할 수 있는 소결광 정량화 방법을 제공한다.

본 발명은 분석에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 소결광 성분의 정량화 방법을 제공한다.

본 발명은 소결광에 광을 조사하는 과정, 상기 소결광으로부터 반사되는 광의 휘도 데이터를 영역별로 획득하는 과정, 상기 획득한 휘도 데이터를 이용하여 영역별 성분을 분류하고, 상기 소결광에 포함된 성분들의 각 휘도값에 따른 명암이 나타나도록 각 영역별 화상 이미지를 생성하는 과정, 생성된 화상 이미지들에서 명암별로 면적을 산출하고, 상기 화상 이미지들을 편집하는 과정, 및 상기 산출된 면적을 이용하여 각 성분에 대한 함량을 정량화하는 과정을 포함한다.

상기 면적을 산출하고 화상 이미지들을 편집하는 과정은, 상기 영역별 화상 이미지에서 각기 명암별로 면적을 산출한 후 상기 영역별 화상 이미지를 통합하여 전체 화상 이미지로 편집하거나, 상기 영역별 화상 이미지를 통합하여 전체 이미지로 편집한 후 상기 영역별 화상 이미지에서 각기 명암별로 면적을 산출하는 과정을 포함한다.

상기 정량화 과정은, 명암별로 각 성분을 대응시키고, 상기 영역별 화상 이미지들에서 산출된 명암별 면적들을 명암별로 각기 합산하여, 각 성분에 대한 전체 함량을 산출하는 과정을 포함한다.

상기 정량화 과정은, 명암별로 각 성분을 대응시킬 때, 각 성분의 분류를 조정하는 과정을 포함한다.

상기 각 성분의 분류를 조정하는 과정은, 상기 영역별 화상 이미지에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단한다.

상기 각 성분의 분류를 조정하는 과정은, 복수의 상기 영역별 화상 이미지를 합체한 확대 영역에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 확대 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단한다.

상기 영역별 화상 이미지들을 생성하는 과정에서 상기 영역별 화상 이미지들은 순차적으로 생성되고, 상기 영역별 화상 이미지들을 통합하는 과정은, 상기 영역별 화상 이미지들이 생성되는 순서를 따라 순차적으로 배열하여 전체 이미지로 통합하는 과정을 포함한다.

상기 영역별 화상 이미지들을 순차적으로 배열하는데 있어서, 상기 영역별 화상 이미지들을 복수의 행과 복수의 열을 따라 배치시킨다.

상기 화상 이미지에서 상기 소결광에 포함된 기공을 정량화하는데 있어서, 상기 기공으로 분류되는 한 개체에 있어서, 최외각의 내측 영역이 다른 영역에 비해 상대적으로 명암이 높은 것으로 판단되는 경우, 상기 상대적으로 명암이 높은 영역이 상기 기공의 명암을 가지도록 조절한다.

상기 화상 이미지를 생성하는 과정에서 100 배율의 화상 이미지를 생성하고,

상기 소결광은, 에스티이(STE: Sinterin Test Equipment) 실험을 통한 시료를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법은 넓은 영역의 소결광 조직을 관찰하여 소결광의 각 성분들에 대한 함량 분석 오차를 최소화할 수 있다. 즉, 복수의 화상 이미지를 통합하고 화상 이미지들의 경계면을 최소화하여 한 화면에서 기공이 들어오지 못하고 잘리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소결광의 다른 성분들도 잘리지 않고 관찰할 수 있다. 이에, 제조된 소결광의 품질 상태를 판단하는데 있어서 종래보다 신뢰성이 향상되고, 정확한 분석으로 인해 소결광의 품질을 향상시키거나 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법을 실시하기 위한 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법을 도시한 플로우 차트.
도 3은 소결광을 조사하여 반사된 광의 휘도값을 이용하여 화상 이미지로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 영역별 화상 이미지들이 통합되는 과정을 나타내는 도면.
도 5 및 도 6은 소결광에 함유된 기공을 정량화하기 위해, 현미경부를 통해 확대하여 나타낸 화상 이미지.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법을 실시하기 위한 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법을 도시한 플로우 차트이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 영역별 화상 이미지들이 통합되는 과정을 나타내는 도면이고, 도 4는 소결광을 조사하여 반사된 광의 휘도값을 이용하여 화상 이미지로 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 소결광에 함유된 기공을 정량화하기 위해, 현미경부를 통해 확대하여 나타낸 화상 이미지이다.

본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법을 설명하게 앞서, 하기에서는 도 1을 참조하여, 시료(소결광) 성분의 정량화 방법을 실시하기 위한 분석 장치에 대하 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 분석 장치는 스테이지(110) 상에 안착된 시료를 이동시키면서 시료를 확대하는 현미경부(100), 및 분석 프로그램이 내장되어 현미경부(100)에서 획득된 영상을 외부로 출력하거나, 복수의 측정점 사이의 간격(x 또는 y)을 설정하고, 기타 구동 명령을 입력하며, 분석 결과를 통합하여 다양한 화면으로 출력하는 컴퓨터부(200)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 사용되는 현미경부(100)는 두 개의 편광 렌즈 즉, 상부 니콜과 하부 니콜이 장착되는 편광 현미경(polarization microscope)일 수 있다. 하부 니콜은 전후 방향으로 진동하는 평면편광으로 빛을 통과시키는 데 비해, 상부 니콜은 좌우 방향으로 진동하는 빛만을 통과시킨다. 여기서, 상부 니콜을 광의 통로 위에 놓이도록 조작하여 관찰하는 상태를 '직교 니콜' 상태에 있다고 하며, 상기 상부 니콜을 광의 통로 상에서 벗어나도록 하면, 상부 니콜과 하부 니콜의 진동 방향이 평행이 되게 되므로, '평행 니콜' 또는 '개방 니콜(open 니콜)' 상태이다.

또한, 현미경부(100)에는 특정 파장의 광을 분석 시편으로 조사하고, 분석 시편으로부터 반사되는 광의 양을 감지하는 광 측정 수단(미도시)이 구비된다. 예를 들어, 광 측정 수단은 시편으로부터 반사되는 광(반사광)의 양 즉, 휘도를 감지하여 컴퓨터부(200)로 전송한다. 그리고 컴퓨터부(200)에서는 획득된 휘도 데이터를 시료에 포함된 성분들의 각 휘도값에 따른 명암이 나타나도록 화상 이미지로 변환시킨다.

한편, 시편에 광을 조사시켜 반사된 반사광은 상기 시료를 이루는 성분 또는조직의 밝기 또는 휘도에 대한 정보를 포함하는데, 분석 시편에 대한 정보 중, 분석 시편 조직의 밝기를 나타내는 정보를 디지털화하여 숫자로 세분화함으로써, 휘도값에 따른 명암이 나타나도록 화상 이미지로 나타낼 수 있다. 즉, 가장 어두운 검은색부터 가장 밝은 흰색까지의 밝기를 여러 단계로 나누어 숫자로 표현할 수 있다. 예를 들어 8bit의 영상일 경우, 256(=2⁶)가지 명암으로 분류되는 색으로 표현할 수 있으며, 이를 통해 분석 시편 조직의 색상 정보를 제공할 수 있다. 물론 16bit일 경우, 65536가지 색상 정보를 제공할 수 있으며, 제공되는 색상 정보의 양에 특별한 제한은 없다.

분석자가 현미경부(100)를 통해 분석 시편에 광을 조사하면, 반사광은 상기와 같은 과정으로 디지털화되고, 컴퓨터부(200) 내에 내장된 분석 프로그램은 반사된 반사광의 양을 휘도값으로 산출하여, 검은색에서 흰색에 이르는 색상 또는 명암 정보를 제공하고, 이는 성분별로 각기 다른 명암으로 표현되는 화상 이미지로 제공되는데 사용된다.

이때, 시료로 사용되는 소결광은, 에스티이(STE: Sinterin Test Equipment) 실험을 통한 시료일 수 있다. 일반적으로 소결광 조직 정량화에 사용하는 시료는 주로 소결광 모사장치인 POT 실험으로 나온 시료이거나 제철소 소결 대차 내에서 만들어지는 소결광이었다. 그러나 POT 실험이나 소결 대차에서 수집한 시료의 양은 너무 많고 원하는 위치를 정확히 샘플링할 수가 없기 때문에 위치별 샘플링 오차가 심하다.

즉, 소결 대차 상층부는 열원이 부족하여 미소성되며, 하층부는 열이 집적되어 과소성 되기 때문에 위치에 따른 소결광 조직의 편차가 크다. 따라서 정확한 소결광의 품질과 조직의 상관성을 분석하기 위해서 STE 실험을 통한 시료를 사용할 수 있다.

예를 들어, STE 실험에서 사용되는 반응관은 높이 90mm, 직경 70mm의 알루미나 튜브로서 동일 배합의 시료를 균등하게 파쇄, 혼합하여 실험한다. 이에, STE 실험에서 사용되는 반응관의 크기가 POT 실험에서 사용되는 반응관 크기의 약 1/10 수준이므로 높이에 따른 편차를 감소시키고, 시료 샘플링 작업이 원활하여 시료의 정량화에 대한 신뢰도를 높일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다양한 방법으로 생성된 소결광을 시료로 사용할 수 있다.

하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 성분의 정량화 방법은, 소결광에 광을 조사하는 과정(S100), 상기 소결광으로부터 반사되는 광의 휘도 데이터를 영역별로 획득하는 과정(S200), 상기 획득한 휘도 데이터를 이용하여 영역별 성분을 분류하고, 상기 소결광에 포함된 성분들의 각 휘도값에 따른 명암이 나타나도록 각 영역별 화상 이미지를 생성하는 과정(S300), 생성된 화상 이미지들에서 명암별로 면적을 산출하고, 상기 화상 이미지들을 편집하는 과정(S400), 및 상기 산출된 면적을 이용하여 각 성분에 대한 함량을 정량화하는 과정(S500)을 포함한다.

먼저, 분석하고자 하는 시료인 소결광에 대해 보다 상세히 설명한다. 고로의 제선 공정에서 원료로 사용되는 소결광은 크게 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그 및 기공으로 이루어진다. 이러한 소결광은 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그 및 기공 각 성분의 함량에 따라 소결광의 품질 편차가 발생된다.

따라서, 소결광의 품질 확인 또는 개선을 위해 제조된 소결광의 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그 및 기공 각 성분을 함량을 검출하는 정량화 분석이 필요하다. 이를 위해, 본 발명에서는 소결광에 광을 조사하여 반사되는 광(반사광)의 휘도를 이용하여 각 성분(적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그 및 기공)에 대한 함량을 정량화한다.

도 3과 같이, 소결광에 포함되는 성분인 적철광(H), 자철광(M), 칼슘 페라이트(CF), 슬래그(S) 및 기공(P) 등은 각기 다른 조직을 가진다. 이에, 소결광에 광을 조사하면, 각 성분들은 각기 다르게 광을 흡수한 후, 반사하며, 이때 광 측정 수단은 소결광으로부터 반사되는 광의 양 즉, 휘도 데이터를 획득하는데, 각 성분으로부터의 반사광 휘도가 상이하다. 소결광의 경우, 반사광의 휘도의 크기가 적철광(H) > 자철광(M) > 칼슘 페라이트(CF) > 슬래그(S) > 기공 순이다.

따라서, 명암별로 각 성분을 대응시키고, 상기 영역별 화상 이미지에서 산출된 명암별 면적을 명암별로 각기 합산하여, 각 성분에 대한 전체 함량을 산출할 수 있다. 이를 위해, 컴퓨터부(200)에서는 광 측정 수단으로부터 제공받은 휘도 데이터를 성분별 휘도에 따라 서로 다른 명함으로 표현되는 화상 이미지로 변환시킨다.

이때, 컴퓨터부(200)에는 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그 및 기공 각각에 대한 기준 휘도값이 저장된다. 그리고, 기준 휘도값이 적철광(H) > 자철광(M) > 칼슘 페라이트(CF) > 슬래그(S) > 기공(P) 순이 되도록 설정된다. 예를 들어, 기준 휘도값(제 1 기준 휘도값)을 200 내지 255cd/m², 자철광의 기준 휘도값(제 2 기준 휘도값)을 171 내지 200cd/dm², 칼슘 페라이트의 기준 휘도값(제 3 기준 휘도값)을 91 내지 170cd/dm², 슬래그의 기준 휘도값(제 4 기준 휘도값)을 50 내지 90cd/dm², 기공의 기준 휘도값(제 5 기준 휘도값)을 0 내지 50cd/dm²으로 설정할 수 있다.

그리고, 광 측정 수단으로부터 제공된 실제 휘도 데이터를 제 1 내지 제 5 기준 휘도값과 비교하여, 제 1 내지 제 5 기준 휘도값 중 어느 기준 휘도값 범위에 포함되는지 판단한다. 이후, 제 1 내지 제 5 기준 휘도값에 따라 다른 명암을 가지도록 이미지화되는데, 예를 들어 제 1 내지 제 5 명암값으로 나눠질 수 있다. 여기서 제 1 내지 제 5 명암값은 무채색 계열에서, 검은색부터 흰색까지의 명암으로 구분될 수 있다.

이때 제 1 기준 휘도값에 따른 제 1 명암값은 예컨대 검은색으로써 기공을 나타내며, 제 5 기준 휘도값에 따른 제 5 명암값은 예컨대 흰색으로써, 적철광을 나타내도록 설정할 수 있다. 그리고, 제 2, 3 및 4 기준 휘도값에 따른 제 2, 3 및 4 명암값은 검은색과 흰색 사이의 명암을 가지는 색 예컨대 회색 계열일 수 있으며, 상기 회색 계열에서도 그 명암에 따라 구분되는데, 제 2 명암값에 비해 제 3 명암값이 크고, 제 3 명암값에 비해 제 4 명암값이 크다.

또한, 제 1 내지 제 5 기준 휘도값은 유채색 계열로 나타낼 수 있는데, 각 기준 휘도값이 서로 다른 유채색을 보이도록 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일부 영역의 휘도가 제 1 기준 휘도값 범위에 포함되는 되는 경우, 화상 이미지 상에서 가장 어두운 명암색인 검은색으로 표현되며, 화상 이미지 상에서 검은색으로 나타난 개체들을 기공으로 판단한다.

그리고 나머지 다른 영역으로부터 반사된 광의 휘도를 상술한 바와 같이 제 1 내지 제 5 기준 휘도값과 비교하고, 해당 기준 휘도값에 해당하는 명암으로 이미지화한다. 따라서, 얻어진 휘도값을 이용하여 각기 다른 명암을 가지는 화상 이미지로 나타내면, 5개로 분류된 명암으로 인해 적철광(H), 자철광(M), 칼슘 페라이트(CF), 슬래그(S), 기공(P)의 분류 또는 분별이 가능하다.

소결광의 일 영역에 광을 조사하여 획득된 휘도를 상술한 바와 같은 방법으로 화상 이미지화하여, 예컨대 200 배율의 한 화면에 나타내면, 한 화면에 나타난 화상 이미지 상에, 적철광(H), 자철광(M), 칼슘 페라이트(CF), 슬래그(S) 및 기공(P)이 모두 포함되어 있다. 이와 같은 화상 이미지는 상술한 바와 같이 각 성분들로부터 반사되는 광의 휘도에 따라 명암을 다르게 하여 이미지화함으로써 표현이 가능하다. 무채색 계열에서 명암이 높은 순으로 적철광(H), 자철광(M), 칼슘 슬래그(CF), 슬래그(S) 및 기공(P)으로 분류된다.

그리고, 무채색 계열에서 명암을 다르게 하여 표현된 화상 이미지를 각 성분의 명암마다 각기 다른 유채색으로 표현할 수도 있다. 예를 들어, 적철광(H), 자철광(M), 칼슘 슬래그(CF), 슬래그(S) 및 기공(P) 각각의 한 개체를 노랑, 파랑, 빨강, 초록 등의 유채색으로 변환할 수 있다. 이에 따라, 각 성분에 대한 분별이 보다 용이해져, 각 성분들로 분류되는 각 영역의 면적 산출이 용이하다.

본 발명의 실시 예에서는 영역별 화상 이미지에서 각기 명암별로 면적을 산출한 후 영역별 화상 이미지를 통합하여 전체 화상 이미지로 편집하거나, 영역별 화상 이미지를 통합하여 전체 이미지로 편집한 후 영역별 화상 이미지에서 각기 명암별로 면적을 산출할 수 있다.

종래의 소결광 성분 조직의 정량화를 위해 사용되는 현미경의 배율은 200 배율이다. 그러나, 기공의 경우 200 배율에서 측정 시, 대부분의 기공은 한 화면에 들어오지 못하고 잘리게 된다. 소결광 내의 기공의 크기는 환원성과 밀접한 관계가 있기 때문에, 기공의 크기에 따른 비교 분석이 필요하다. 그런데, 상술한 바와 같이, 200 배율의 한 화면 상에서 기공의 일부가 잘리게 되므로, 200 배율에서 측정 시에, 대부분의 기공은 잘려 1개의 개체로 인식되지 못하는 오차가 발생된다.

따라서, 도 4와 같이, 복수의 영역별 화상 이미지를 통합하여 하나의 전체 이미지를 생성할 수 있다. 이를 위해, 영역별 화상 이미지들을 생성하는 과정에서 영역별 화상 이미지들은 순차적으로 생성하고, 영역별 화상 이미지들을 통합하는 과정에서 생성된 영역별 화상 이미지들을 생성되는 순서를 따라 순차적으로 배열하여 전체 이미지로 통합한다.

이러한 영역별 화상 이미지들은 복수의 행과 복수의 열을 따라 배치될 수 있는데, 예를 들어 7x5 행렬로 배치되어 하나의 전체 이미지로 통합될 수 있다. 이때, 영역별 화상 이미지들의 일 행을 따라 배치되는 순서와 다음 행을 따라 배치되는 순서가 서로 다를 수 있다. 즉, 도 4의 (a)와 같이, 스테이지(110)를 이동시켜면서 스테이지(110)에 안착된 시료를 현미경부(100)를 통해 영역별 화상 이미지를 생성할 수 있다. 이에, 지그재그로 좌우로 이동하면서 하측에서 상측으로 이동할 수 있다.

따라서, 스테이지(110)의 이동에 따라 현미경부(100)에서 생성하는 영역별 화상 이미지의 순서에 따라 영역별 화상 이미지들을 배치시켜 통합해야 한다. 예를 들어, 스테이지(110)가 우측에서 좌측방향으로 이동하고, 상측으로 이동하여 우측에서 좌측방향으로 이동하고, 다시 상측으로 이동하여 우측에서 좌측방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 현미경부(100)가 촬영한 순서에 따라 첫 번째 행에서는 좌측에서 우측방향 순서로 영역별 화상 이미지들을 배치시키고, 두 번째 행에서는 우측에서 좌측방향 순서로 다음 영역별 화상 이미지들을 배치시키며, 세 번째 행에서는 다시 좌측에서 우측방향 순서로 그 다음 영역별 화상 이미지들을 배치시킨다.

그리고, 도 4의 (b)와 같이, 촬영된 순서에 따라 복수의 영역별 화상 이미지들을 배치시켜 통합하면, 넓은 영역을 관찰할 수 있는 하나의 전체 이미지가 생성된다. 따라서, 소결광 조직의 전체를 한 장의 화상 이미지로 관찰하여 기공이 잘리지 않고 한 개체로 인식되게 할 수 있다. 이에, 기공의 크기 및 개수에 대해 정확하게 분석하여 분석 결과에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

한편, 현미경부(100)의 촬영 순서에 따라 복수의 화상 이미지를 배치시키는 순서가 달라질 수 있다. 예를 들어, 화상 이미지들의 일 열을 따라 배치되는 순서와 다음 열을 따라 배치되는 순서가 서로 다를 수도 있다. 즉, 스테이지(110)가 하측에서 상측방향으로 이동하고, 좌측으로 이동하여 상측에서 하측방향으로 이동하고, 다시 좌측으로 이동하여 하측에서 상측방향으로 이동하면서 소결광할 수 있다.

따라서, 현미경부(100)가 촬영한 순서에 따라 첫 번째 열에서는 상측에서 하측방향 순서로 영역별 화상 이미지들을 배치시키고, 두 번째 열에서는 하측에서 상측방향 순서로 다음 영역별 화상 이미지들을 배치시키며, 세 번째 열에서는 다시 상측에서 하측방향 순서로 그 다음 영역별 화상 이미지들을 배치시킬 수도 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다양한 방법이나 순서로 영역별 화상 이미지들을 배열시켜 통합할 수 있고, 통합시키는 화상 이미지들의 개수도 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

이때, 명암별로 각 성분을 대응시키면서 각 성분의 분류를 조정하는 과정을 포함될 수 있다. 소결광의 구성 중 하나인 슬래그 또는 칼슘 페라이트와, 혼합을 위해 사용되는 에폭시 수지의 반사 휘도 범위가 유사 또는 중첩될 수 있다. 이에, 도 5 또는 도 6과 같이, 기공(P1)의 빈 공간이 에폭시 수지로 채워지는 경우, 빈 공간 영역이 회색으로 나타나며, P1영역은 슬래그 또는 칼슘 페라이트와 유사한 수준의 명암을 나타낸다. 따라서, 단순히 기존의 방식대로 휘도 범위만을 가지고 분류한다면, 에폭시가 채워진 기공이 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 측정되는 오차가 발생된다.

이에, 영역별 화상 이미지에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단하여 측정 오차를 줄일 수 있다. 즉, 영역별 화상 이미지의 면적 내에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체가 차지하는 면적이 기준 면적 이상이면 기공으로 판단한다.

예를 들어, 슬래그 정량화 과정에서 슬래그로 분류된 한 개체의 면적이 200 배율의 영역별 화상 이미지를 기준으로 1/8 이상의 면적을 차지할 경우, 이를 기공으로 인지하도록 한다. 이에 에폭시 수지가 채워진 기공이 슬래그로 측정되는 오차를 줄일 수 있다.

한편, 칼슘 페라이트의 정량화 과정에서 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 100 배율 또는 200 배율의 영역별 화상 이미지를 기준으로 4/5 이상의 면적을 가지는 경우, 이를 기공으로 인지하도록 한다. 따라서, 기공이 칼슘 페라이트로 측정되는 오차를 줄일 수 있다.

이러한 각 성분의 분류를 조정하는 과정에서, 복수의 상기 영역별 화상 이미지를 합체한 확대 영역에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 확대 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단할 수도 있다.

예를 들어, 각 성분들을 정량화한 후 복수의 영역별 화상 이미지를 전체 이미지로 통합할 수 있다. 그리고, 측정자가 정성적으로 전체 이미지를 보면서 각 성분들을 확인할 수 있다. 이때, 영역별 화상 이미지에서는 차지하는 면적이 작아 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 판단되었던 영역이 전체 이미지에서 다른 영역별 화상 이미지의 영역과 연결되어 면적이 커질 수 있다.

이에, 기공으로 의심되는 부분의 영역별 화상 이미지들을 합체한 확대 영역에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적을 확대 기준 면적과 비교할 수 있다. 즉, 도 4의 (b)와 같은 전체 이미지에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 확대 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단하여 측정 오차를 줄일 수 있다.

예를 들어, 슬래그로 분류된 한 개체가 4개의 영역별 화상 이미지들을 합체해야 잘리지 않고 도시되는 경우, 도 4의 (c)와 같이, 4개의 화상 이미지들을 합체한다. 그리고, 슬래그로 선택된 개체의 면적이 4개의 화상 이미지들을 합체한 면적의 1/32 이상의 면적을 차지할 경우, 이를 기공으로 변환하여 인지하도록 한다. 즉, 하나의 영역별 화상 이미지를 기준으로 1/8 이상의 면적을 차지하면 기공으로 판단하였기 때문에, 영역별 화상 이미지의 4배의 면적을 가지는 합체한 영역별 이미지를 기준으로 하는 경우 1/8의 1/4 배인 1/32 이상의 면적을 차지하면 기공으로 판단할 수 있다. 즉, 4개의 영역별 화상 이미지들을 합체하면 슬래그로 분류된 한 개체의 크기가 커지기 때문에, 기준면적인 1/8이 1/16, 1/24, 1/32 등으로 변경될 수 있다.

한편, 칼슘 페라이트로 선택된 한 개체가 4개의 영역별 화상 이미지들을 합체해야 도시되는 경우, 4개의 화상 이미지들을 합체한다. 그리고, 칼슘 페라이트로 선택된 개체의 면적이 4개의 화상 이미지들을 합체한 면적의 1/5 이상의 면적을 차지할 경우, 이를 기공으로 변환하여 인지하도록 한다. 즉, 하나의 영역별 화상 이미지를 기준으로 4/5 이상의 면적을 차지하면 기공으로 판단하였기 때문에, 영역별 화상 이미지의 4배의 면적을 가지는 합체한 영역별 이미지를 기준으로 하는 경우 4/5의 1/4 배인 1/5 이상의 면적을 차지하면 기공으로 판단할 수 있다. 즉, 4개의 영역별 화상 이미지들을 합체하면 칼슘 페라이트로 분류된 한 개체의 크기가 커지기 때문에, 기준면적인 4/5이 3/5, 2/5, 1/5 등으로 변경될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 과정을 통해 기공이 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 측정되는 오차를 줄일 수 있다. 그러나, 확대 기준은 면적은 이에 한정되지 않고 합체되는 영역별 화상 이미지의 개수에 따라 다양할 수 있다. 즉, 영역별 화상 이미지가 합체되는 개수만큼 기준 면적을 나누어주어 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 선택된 한 개체와의 면적과 비교하여 기공을 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 현미경의 배율이 100 배율일 수 있다. 종래에는 현미경의 배율을 200 배율로 설정하고, 기공의 확인을 위해 50 배율로 재측정하였다. 그러나, 현미경의 배율이 100 배율인 경우에도 적철광, 자철광, 칼슘 페라이트, 슬래그, 및 기공을 한 번에 측정할 수 있다. 또한, 복수의 화상 이미지를 하나로 결합시키기 때문에, 기공을 용이하게 확인할 수 있다. 따라서, 현미경의 배율을 100 배율로 설정하면 200 배율과 50 배율에서 두 번 측정하던 작업이 한 번 측정하는 것으로 간소화될 수 있다. 이에, 측정 작업을 신속하게 수행할 수 있다. 그러나, 현미경의 배율은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

하기에서는 적철광, 자철광, 또는 칼슘 페라이트와 같은 광물 성분의 함량을 정량화하는데 있어서, 기공으로 인한 오차를 줄일 수 있는 방법을 설명한다.

기공은 빈 공간이기 때문에, 그 형성 높이(level)가 낮아, 반사되는 광의 양이 극히 적어, 이를 화상 이미지화하면, 다른 성분들에 비해 명암이 가장 낮은 검은색으로 표현된다. 이에, 기공 주위에 적철광, 자철광, 또는 칼슘 페라이트와 같은 광물이 위치하는 경우, 상기 기공의 최외각 또는 가장자리 영역의 외측 영역이 실제 광물 영역임에도 불구하고, 기공으로 인해 낮은 휘도를 보인다.

즉, 기공과 인접하도록 상기 최외각 외측에 적철광, 자철광, 또는 칼슘 페라이트 성분과 같은 광물이 위치하여, 상기 기공의 최외각의 바로 외측 영역은 광물로 분류되어야 하지만, 상술한 바와 같이 기공으로 인해 낮은 휘도값을 갖게 되어, 분석하고자 하는 광물 성분에 비해 휘도가 낮은 다른 성분으로 측정되는 오차가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 화상 이미지에서 소결광에 포함된 기공 주변의 성분을 정량화하는 데 있어서, 기공으로 분류되는 영역과 정량화하고자 하는 성분 영역 사이의 영역을 제거한 후, 정량화하고자 하는 성분 영역의 면적을 산출하여, 함량값으로 변환한다.

즉, 기공 주위에 적철광, 자철광, 또는 칼슘 페라이트와 같은 광물이 위치하는 경우, 기공과 상기 기공 주변의 광물 영역까지 포함하도록 선택한 후, 선택된 영역을 확대한다. 그리고, 화상 이미지에서, 기공으로 분류되는 영역을 제거하고, 상기 기공 최외각의 외측 영역에서 정량화하고자 하는 광물에 비해 휘도가 낮은 영역 즉, 기공 최외각 외측 영역을 제거한 후, 나머지 부분인 정량화하고자 하는 성분으로 분류된 영역의 면적을 산출하여, 함량 값으로 변환한다.

또한, 화상 이미지에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 기공의 경우, 빈 공간이기 때문에, 기공이 크고 깊을수록 기공의 중앙(또는 중심부) 영역이 굴절로 인해, 다른 영역에 비해 휘도값이 높게 측정되는 오차가 발생할 수 있다. 대부분의 경우, 다른 영역에 비해 휘도값이 높게 측정되는 기공의 중앙(또는 중심부) 영역은 한 단계 높은 휘도로 측정되어, 화상 이미지에서 기공에 비해 한 단계 높은 명암색으로 나타날 수 있다.

이에, 본 발명에서는 화상 이미지 상에 기공으로 분류되는 적어도 한 개체에 있어서, 기공의 최외각의 내측 영역이 적어도 일부가 다른 영역에 비해 상대적으로 높은 명암을 보이는 영역이 있는 경우, 상기 상대적으로 명암이 높은 영역이 상기 기공의 명암을 가지도록 조절한다. 이를 위해, 편광 광학 현미경의 기능 중에 하나인 필홀(fillhole)을 적용하면, 기공의 최외각의 내측에서 다른 영역에 비해 상대적으로 높은 명암을 보이는 영역이 기공의 명암을 가지도록 명암이 낮아지며, 이를 유채색으로 나타내면 기공으로 분류되는 영역이 무도 같은 색으로 표현된다.

따라서, 크고 깊이가 큰 기공이라 하더라도, 상기한 바와 같은 프로세스를 적용함에 따라, 기공의 내측의 적어도 일부 영역이 한 단계 높은 휘도 또는 명암을 가지는 슬래그로 측정되는 오차를 방지 또는 줄일 수 있다.

상기와 같이 먼저 기공률을 정량화 한 후에 슬래그를 정량화한다. 이를 위해, 소결광에 광을 조사하여 반사되는 광의 휘도를 측정한다. 그리고 측정하고자 하는 슬래그의 휘도 범위를 선택하여 유채색으로 분류되도록 표현할 수 있다.

그런데, 크기가 크거나, 깊은 기공의 경우, 상술한 바와 같이, 중앙 또는 중앙(또는 중심부) 영역이 다른 영역에 비해 휘도값이 낮아, 슬래그로 인식하는 오차가 발생할 수 있다.

그리고, 기공 내측 영역에서 슬래그로 인식되는 영역은 전 단계인 기공률 정량화 과정에서 이미 기공 산출 계산에 포함된 영역이다. 따라서, 슬래그 정량화 과정에서는 상기 영역을 제거하고, 슬래그 영역으로 선택된 영역의 면적을 산출하여 슬래그의 함량으로 산출한다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 현미경부 200: 컴퓨터부

Claims

소결광에 광을 조사하는 과정;
상기 소결광으로부터 반사되는 광의 휘도 데이터를 영역별로 획득하는 과정;
상기 획득한 휘도 데이터를 이용하여 영역별 성분을 분류하고, 상기 소결광에 포함된 성분들의 각 휘도값에 따른 명암이 나타나도록 각 영역별 화상 이미지를 생성하는 과정;
생성된 화상 이미지들에서 명암별로 면적을 산출하고, 상기 화상 이미지들을 편집하는 과정; 및상기 산출된 면적을 이용하여 각 성분에 대한 함량을 정량화하는 과정을 포함하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 면적을 산출하고 화상 이미지들을 편집하는 과정은,
상기 영역별 화상 이미지에서 각기 명암별로 면적을 산출한 후 상기 영역별 화상 이미지를 통합하여 전체 화상 이미지로 편집하거나, 상기 영역별 화상 이미지를 통합하여 전체 이미지로 편집한 후 상기 영역별 화상 이미지에서 각기 명암별로 면적을 산출하는 과정을 포함하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 정량화 과정은,
명암별로 각 성분을 대응시키고, 상기 영역별 화상 이미지들에서 산출된 명암별 면적들을 명암별로 각기 합산하여, 각 성분에 대한 전체 함량을 산출하는 과정을 포함하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 정량화 과정은,
명암별로 각 성분을 대응시킬 때, 각 성분의 분류를 조정하는 과정을 포함하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 각 성분의 분류를 조정하는 과정은,
상기 영역별 화상 이미지에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 각 성분의 분류를 조정하는 과정은,
복수의 상기 영역별 화상 이미지를 합체한 확대 영역에서 슬래그 또는 칼슘 페라이트로 분류되는 한 개체의 면적이 확대 기준 면적 이상일 경우, 기공으로 판단하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 영역별 화상 이미지들을 생성하는 과정에서 상기 영역별 화상 이미지들은 순차적으로 생성되고,
상기 영역별 화상 이미지들을 통합하는 과정은, 상기 영역별 화상 이미지들이 생성되는 순서를 따라 순차적으로 배열하여 전체 이미지로 통합하는 과정을 포함하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 영역별 화상 이미지들을 순차적으로 배열하는데 있어서,
상기 영역별 화상 이미지들을 복수의 행과 복수의 열을 따라 배치시키는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 화상 이미지에서 상기 소결광에 포함된 기공을 정량화하는데 있어서,
상기 기공으로 분류되는 한 개체에 있어서, 최외각의 내측 영역이 다른 영역에 비해 상대적으로 명암이 높은 것으로 판단되는 경우, 상기 상대적으로 명암이 높은 영역이 상기 기공의 명암을 가지도록 조절하는 소결광 성분의 정량화 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화상 이미지를 생성하는 과정에서 100 배율의 화상 이미지를 생성하고,
상기 소결광은, 에스티이(STE: Sinterin Test Equipment) 실험을 통한 시료를 포함하는 소결광 성분의 정량화 방법.