KR20160053442A - Metal surface hardness measuring instrument and laser heat treatment system having the same - Google Patents

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KR20160053442A
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Abstract

The present invention relates to a metal surface hardness measuring instrument, and a laser heat treatment system having the same. The metal surface hardness measuring instrument comprises; a measurement end (20) which protrudes from a lower end of a body tube bracket (10), and is provided with a diamond tip (21) which comes in contact with a surface of a metal object (M); a piezoelectric sensor (30) installed in a lower portion inside the body tube bracket (10), is in tight contact with the measurement end (20), and generates a stress signal corresponding to a stress applied to the diamond tip (21); a piezoelectric actuator (40) installed in an upper portion inside the body tube bracket (10), causing the piezoelectric sensor (30) to move to the metal object along with a motion of the piezoelectric actuator; and a spring (50) installed inside the body tube bracket (10), applying an elastic force to the piezoelectric actuator (40). According to the present invention, it is possible to precisely measure rigidity of the surface of a metal object in real time, and control the output power of a laser for heat treatment in accordance with the data of the measured rigidity.

Description

금속표면 경도측정장치 및 그를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템{Metal surface hardness measuring instrument and laser heat treatment system having the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a metal surface hardness measuring apparatus and a laser metal surface hardness measuring apparatus employing the same,

본 발명은 금속표면 경도측정장치 및 그를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속표면의 경도를 실시간으로 정확하게 측정하고, 그 측정된 경도 데이터에 연동하여 열처리용 레이저의 출력을 제어할 수 있는 금속표면 경도측정장치 및 그를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a metal surface hardness measuring apparatus and a laser metal surface heat treatment system employing the same, and more particularly, to a metal surface hardness measuring apparatus for accurately measuring the hardness of a metal surface in real time, And a laser metal surface heat treatment system employing the same.

금속 표면의 열처리는 금속 표면의 열변형을 방지하거나, 경도 및 강도를 향상시키기 위한 목적으로 이루어지고 있다. 이러한 열처리는 다양한 방식으로 이루어지고 있으며, 미세 영역의 표면 열처리나 정밀한 표면 열처리를 위하여 레이저를 사용하는 방식이 소개되고 있다. The heat treatment of the metal surface is carried out for the purpose of preventing thermal deformation of the metal surface or improving hardness and strength. Such a heat treatment is performed in various ways, and a method of using a laser for the surface heat treatment of the fine region or the precise heat treatment of the surface is introduced.

레이저를 이용한 열처리 방식은, 금속의 표면에 고출력 레이저를 조사하여 재료가 가지는 변태점 이상으로 급격한 온도 상승을 유발시키고, 자기 냉각 효과를 통해 급격히 냉각시켜 이루어진다. 이와 관련된 선행기술이 본 출원인이 등록받은 특허 10-0937699호에 레이저를 이용한 진공챔버에서의 금속표면 열처리 장치란 명칭으로 개시되어 있다. The laser-based heat treatment method is performed by irradiating a high-power laser to the surface of a metal to cause a rapid temperature rise above the transformation point of the material, and rapidly cooling through the self-cooling effect. A prior art related to this is disclosed in the patent application No. 10-0937699 of the present applicant entitled " Metal surface heat treatment apparatus in a vacuum chamber using laser.

그런데 금속표면의 경도측정을 하는 경도측정장치는 통상 작업자가 손으로 잡고 수동으로 조작하기 때문에, 작업자의 경험이나 컨디션에 따라 경도측정 품질이 일정하지 않았고 또한 열처리과정에서 많은 노력이 소요되었다. 이는 결국 생산성의 하락으로 이어졌다. However, since the hardness measuring device for measuring the hardness of the metal surface is usually manually operated by the operator, the hardness measurement quality is not constant depending on the worker's experience or condition, and a lot of effort is required in the heat treatment process. This eventually led to a decline in productivity.

또한 레이저는 공급되는 전력에 따라 출력 변화가 크기 때문에, 여러 원인에 의하여 공급되는 전력품질이 일정하지 않을 때 열처리 품질이 저하된다. 이 경우 금속 표면에서 경도 차이가 발생하여 그 금속대상물은 폐기처분된다. In addition, since the output power of the laser varies with the power supplied, the quality of the heat treatment deteriorates when the power quality supplied by various causes is not constant. In this case, a hardness difference occurs on the metal surface, and the metal object is disposed of.

또한 금속대상물의 표면 경도측정은 열처리가 완료된 후 진행된다. 따라서 만약 작업자가 열처리를 위한 데이터를 잘못 입력하거나 관련장비의 오류등 다양한 원인에 의하여 열처리 데이터가 잘못 입력되면, 의식하지 못하는 사이에 많은 금속대상물이 불량 열처리되어 대량 폐기의 사태가 발생되기도 하였다. The surface hardness of the metal object is measured after the heat treatment is completed. Therefore, if the operator inputs the heat treatment data incorrectly due to various reasons such as the mistake of inputting the data for the heat treatment or the error of the related equipment, a lot of metal objects are badly heat treated while not conscious,

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 경도측정을 자동으로 수행하도록 함과 동시에 일정한 경도 측정을 가능하게 할 수 있는 금속표면 경도측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a metal surface hardness measuring apparatus capable of automatically measuring a hardness and measuring a hardness constantly.

본 발명의 다른 목적은, 금속대상물이 열처리되는 과정에서 표면 경도 측정이 실시간으로 수행됨으로써 열처리 품질이 변화가 발생되었을 때 이를 즉각 알 수 있고, 이에 따라 즉각적인 조치를 취할 수 있음으로써 대량의 금속대상물의 열처리가 불량으로 진행되는 것을 방지할 수 있는 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring the surface hardness of a metal object by performing surface hardness measurement in real time during the heat treatment of the metal object, And to provide a laser metal surface heat treatment system employing a metal surface hardness measuring device capable of preventing a heat treatment from proceeding in a defective state.

본 발명의 또 다른 목적은, 열처리도중 경도측정장치에서 발생되는 경도데이터를 열처리를 위한 레이저 출력을 제어하는 사용함으로써, 일정한 열처리 품질을 구현할 수 있는 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a laser metal surface heat treatment system employing a metal surface hardness measuring device capable of realizing a constant heat treatment quality by using hardness data generated in a hardness measuring apparatus during heat treatment to control laser output for heat treatment .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치는, In order to accomplish the above object, according to the present invention,

경통브라켓(10)의 하방으로 돌출된 것으로서, 금속대상물(M) 표면에 접촉되는 다이아몬드팁(21)이 장착된 측정단(20); 상기 경통브라켓(10) 내부의 하부측에 설치되어 상기 측정단(20)에 밀착되는 것으로서, 상기 다이아몬드팁(21)으로 인가되는 응력에 대응되는 응력신호를 발생하는 압전센서(30); 상기 경통브라켓(10) 내부 상부측에 설치되는 것으로서, 그 자체의 변위에 의하여 상기 압전센서(30)를 상기 금속대상물 측으로 움직이는 압전엑츄에이터(40); 및 상기 경통브라켓(10) 내부에 설치되어 상기 압전엑츄에이터(40)에 탄성력을 인가하는 스프링(50);을 포함하는 것을 특징으로 한다. A measurement stage 20 protruded downward from the barrel bracket 10 and equipped with a diamond tip 21 to be in contact with the surface of the metal object M; A piezoelectric sensor 30 installed on the lower side of the inside of the barrel bracket 10 to closely contact the measurement terminal 20 and generating a stress signal corresponding to a stress applied to the diamond tip 21; A piezoelectric actuator (40) installed on the upper side of the inside of the barrel bracket (10) and moving the piezoelectric sensor (30) toward the metal object by its own displacement; And a spring (50) installed inside the barrel bracket (10) to apply an elastic force to the piezoelectric actuator (40).

본 발명에 있어서, 상기 경통브라켓(10)을 승강 가능하게 지지하는 메인브라켓(70)과; 상기 메인브라켓(10)과 경통브라켓(10) 사이에 설치되어 그 경통브라켓(10)을 승강시키는 승강부(80);을 더 포함한다. In the present invention, the main bracket 70 supports the barrel bracket 10 to be able to move up and down; And an elevating part 80 installed between the main bracket 10 and the barrel bracket 10 to elevate the barrel bracket 10.

본 발명에 있어서, 상기 압전센서(30)에서 발생된 응력신호를 경도데이터로 변환하는 신호데이터변환부(90)를 더 포함한다. In the present invention, it further includes a signal data conversion section (90) for converting the stress signal generated in the piezoelectric sensor (30) into hardness data.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템은, In order to achieve the above object, a laser metal surface heat treatment system employing a metal surface hardness measuring apparatus according to the present invention comprises:

안착되는 금속대상물(M)을 이송가능하게 지지하는 테이블(200); 상기 테이블(200)의 상부에 위치되어 상기 금속대상물(M)로 열처리를 위한 레이저를 조사하는 레이저조사헤드(300); 상기 열처리가 진행되는 동안 그 열처리된 표면 위치의 온도를 측정하는 파이로미터(400); 및 열처리가 진행되는 동안 그 열처리된 표면경도를 측정하여 대응되는 경도데이터신호를 발생하는 경도측정장치(100);를 포함하고, 상기 경도데이터는 상기 레이저조사헤드(300)에서 조사되는 레이저의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다. A table 200 for transportably supporting a metal object M to be seated; A laser irradiation head 300 positioned above the table 200 for irradiating a laser for heat treatment with the metal object M; A pyrometer (400) for measuring the temperature of the heat treated surface position during the heat treatment; And a hardness measuring device (100) for measuring the surface hardness of the heat treated during the heat treatment and generating a corresponding hardness data signal, wherein the hardness data is obtained from the laser output And the like.

본 발명에 있어서, 상기 열처리가 진행되는 영역을 촬영하는 카메라(500)를 더 포함한다.In the present invention, the apparatus further includes a camera 500 for photographing a region where the heat treatment is performed.

본 발명에 있어서, 상기 경도측정장치(100)는, 경통브라켓(10)의 하방으로 돌출된 것으로서, 금속대상물(M) 표면에 접촉되는 다이아몬드팁(21)이 장착된 측정단(20)과; 상기 경통브라켓(10) 내부의 하부측에 설치되어 상기 측정단(20)에 밀착되는 것으로서, 상기 다이아몬드팁(21)으로 인가되는 응력에 대응되는 응력신호를 발생하는 압전센서(30)와; 상기 경통브라켓(10) 내부 상부측에 설치되는 것으로서, 그 자체의 변위에 의하여 상기 압전센서(30)를 상기 금속대상물 측으로 움직이는 압전엑츄에이터(40)와; 상기 경통브라켓(10) 내부에 설치되어 상기 압전엑츄에이터(40)에 탄성력을 인가하는 스프링(50);을 포함한다. In the present invention, the hardness measuring apparatus 100 includes: a measurement stage 20 protruded downwardly from the barrel bracket 10 and equipped with a diamond tip 21 which is in contact with the surface of the metal object M; A piezoelectric sensor 30 installed on the lower side of the inside of the barrel bracket 10 to closely contact the measurement stage 20 and generating a stress signal corresponding to a stress applied to the diamond tip 21; A piezoelectric actuator (40) installed on the upper side of the inside of the barrel bracket (10) and moving the piezoelectric sensor (30) toward the metal object by its own displacement; And a spring 50 installed inside the barrel bracket 10 to apply an elastic force to the piezoelectric actuator 40.

본 발명에 있어서, 상기 경통브라켓(10)을 승강 가능하게 지지하는 메인브라켓(70)과; 상기 메인브라켓(10)과 경통브라켓(10) 사이에 설치되어 그 경통브라켓(10)을 승강시키는 승강부(80);을 더 포함한다. In the present invention, the main bracket 70 supports the barrel bracket 10 to be able to move up and down; And an elevating part 80 installed between the main bracket 10 and the barrel bracket 10 to elevate the barrel bracket 10.

본 발명에 있어서, 상기 압전센서(30)에서 발생된 응력신호를 경도데이터로 변환하는 신호데이터변환부(90)를 더 포함한다. In the present invention, it further includes a signal data conversion section (90) for converting the stress signal generated in the piezoelectric sensor (30) into hardness data.

본 발명의 금속표면 경도측정장치에 따르면, 전원을 인가함에 따라 발생된 압전엑츄에이터의 변위에 따라 압전센서 및 측정단음 미세하게 움직임으로써 다이아몬드팁이 금속대상물 표면을 누르게 하고, 이에 따라 다이아몬드팁과 금속대상물 표면사이에서 발생된 응력에 의하여 금속대상물 표면의 경도를 측정할 수 있다. 따라서 경도측정을 자동으로 수행할 수 있도록 함으로써 정확한 경도측정이 가능하여 경도측정 품질을 일정하게 할 수 있다. According to the metal surface hardness measuring apparatus of the present invention, the diamond tip moves to the surface of the metal object by finely moving the piezoelectric sensor and the measurement tone according to the displacement of the piezoelectric actuator generated by applying the power, The hardness of the surface of the metal object can be measured by the stress generated between the surfaces. Therefore, since the hardness measurement can be performed automatically, accurate hardness measurement can be made, and the hardness measurement quality can be made constant.

본 발명의 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템에 따르면, 레이저조사헤드에서 조사되는 레이저가 금속대상물 표면을 열처리하는 동안에, 경도측정장치는 열처리된 표면의 경도를 실시간으로 측정하고, 이에 따라 열처리과정에서 열처리 품질의 변화가 발생되면 이를 즉각 알 수 있어 즉각적인 조치를 취할 수 있다.According to the laser metal surface heat treatment system employing the metal surface hardness measuring apparatus of the present invention, while the laser irradiated by the laser irradiation head is subjected to heat treatment on the surface of the metal object, the hardness measuring apparatus measures the hardness of the heat- Accordingly, if a change in the quality of the heat treatment occurs in the heat treatment process, it can be immediately recognized and immediate measures can be taken.

또한 열처리도중 경도측정장치(100)에서 발생되는 경도데이터는 레이저조사헤드에서 조사되는 레이저 출력을 제어하는데 사용됨으로서 일정한 열처리 품질을 구현할 수 있다.Also, the hardness data generated by the hardness measuring apparatus 100 during the heat treatment can be used to control the laser power irradiated from the laser irradiation head, thereby realizing a constant heat treatment quality.

도 1은 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a configuration of a metal surface hardness measuring apparatus according to the present invention,
2 is a view for explaining a configuration of a laser metal surface heat treatment system employing a metal surface hardness measuring apparatus according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치 및 그를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus for measuring a hardness of a metal surface according to the present invention and a laser metal surface heat treatment system employing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining the constitution of a metal surface hardness measuring apparatus according to the present invention. FIG.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치는, 경통브라켓(10)의 하방으로 돌출된 것으로서, 금속대상물(M) 표면에 접촉되는 다이아몬드팁(21)이 장착된 측정단(20)과; 경통브라켓(10) 내부의 하부측에 설치되어 측정단(20)에 밀착되는 것으로서, 다이아몬드팁(21)으로 인가되는 응력에 대응되는 응력신호를 발생하는 압전센서(30)와; 그 자체의 변위에 의하여 상기 압전센서(30)를 상기 금속대상물 측으로 미세하게 움직이는 압전엑츄에이터(40)와; 경통브라켓(10) 내부에 설치되어 상기 압전엑츄에이터(40)에 탄성력을 인가하는 스프링(50)과; 압전센서(30)와 압전엑츄에이터(40) 사이에 설치되는 매개단(60)과; 경통브라켓(10)을 승강 가능하게 지지하는 메인브라켓(70)과; 메인브라켓(70)과 경통브라켓(10) 사이에 설치되어 그 경통브라켓(10)을 승강시키는 승강부(80)와; 압전센서(30)에서 발생된 응력신호를 경도데이터로 변환하는 신호데이터변환부(90)를 포함한다. As shown in the drawing, the metal surface hardness measuring apparatus according to the present invention includes: a measurement stage 20 having a diamond tip 21 mounted on a surface of a metal object M and protruding downwardly from a barrel bracket 10; and; A piezoelectric sensor 30 provided on the lower side inside the barrel bracket 10 and closely attached to the measurement stage 20 to generate a stress signal corresponding to the stress applied to the diamond tip 21; A piezoelectric actuator (40) for finely moving the piezoelectric sensor (30) toward the metal object by its own displacement; A spring (50) installed inside the barrel bracket (10) to apply an elastic force to the piezoelectric actuator (40); An intermediate stage 60 provided between the piezoelectric sensor 30 and the piezoelectric actuator 40; A main bracket 70 for vertically supporting the barrel bracket 10; A lifting unit 80 installed between the main bracket 70 and the barrel bracket 10 to raise and lower the barrel bracket 10; And a signal data conversion section 90 for converting the stress signal generated in the piezoelectric sensor 30 into hardness data.

이때 마주보는 압전센서(30)와 압전액츄에이터(40)는 세라믹재질인 압전센서(30) 및 압전엑츄에이터(40) 보다 단단한 재질, 예를 들면 금속재질로 된 제1,2보호단(31)(41)으로 감싸여지거나 밀착되어 보호되며, 이러한 제1,2보호단(31)(41) 사이에 상기 매개단(60)이 설치된다. 따라서 압전엑츄에이터(40)에서 급격한 변위가 발생하더라도, 그 변위력에 의한 충격에 의하여 압전센서(30) 및 압전엑츄에이터(40)가 파손되는 것을 방지한다.The piezoelectric sensor 30 and the piezoelectric actuator 40 facing each other are made of a material that is harder than the piezoelectric sensor 30 and the piezoelectric actuator 40 made of ceramic material such as the first and second protective ends 31 41, and the intermediate end 60 is provided between the first and second protection ends 31, 41. Therefore, even if a sudden displacement occurs in the piezoelectric actuator 40, the piezoelectric sensor 30 and the piezoelectric actuator 40 are prevented from being damaged by the impact due to the displacement force.

경통브라켓(10)은 측정단(20)이 하방으로 분리되지 않도록 지지하며, 이를 위하여 경통브라켓(10)의 하단 내주면에는 단턱(15)이 형성되고, 측정단(20)에는 단턱(15)에 걸어지는 단턱걸이(25)가 형성된다. The barrel bracket 10 supports the measurement stage 20 so that the measurement stage 20 is not separated downward. For this purpose, a step 15 is formed on the inner peripheral surface of the lower end of the barrel bracket 10, A stepped jaw 25 is formed.

측정단(20)에는 후술할 압전엑츄에이터(40)에 의하여 발생된 변위에 의하여 하방으로 미세한 움직임이 발생하고, 측정단(20)의 전단에 장착된 다이아몬드팁(21)은 열처리된 금속대상물(M)의 표면(S)을 눌러 그 금속 표면(S)에서 발생되는 응력을 후술할 압전센서(30)로 전달한다. The diamond tip 21 mounted on the front end of the measurement stage 20 is moved in the downward direction due to the displacement generated by the piezoelectric actuator 40 described later in the measurement stage 20, And presses the surface S of the metal surface S to transmit the stress generated in the metal surface S to the piezoelectric sensor 30 to be described later.

압전센서(30)는, 측정단(20)의 다이아몬드팁(21)으로부터 전달되는 응력에 대응하여 전압신호를 발생한다. 이러한 전압신호는 응력에 종속되기 때문에, 전압신호에 의하여 금속대상물(M)의 표면 경도를 측정할 수 있다. The piezoelectric sensor 30 generates a voltage signal corresponding to the stress transmitted from the diamond tip 21 of the measurement stage 20. [ Since this voltage signal is subjected to stress, the surface hardness of the metal object M can be measured by the voltage signal.

압전엑츄에이터(40)는 전압이 인가되었을 때 대응되는 변위를 발생시킨다. 이러한 변위는 압전센서(30) 및 측정단(20)을 금속대상물(M) 측으로 미세하게 움직이고, 이에 따라 다이아몬드팁(21)이 금속대상물 표면(S)을 누르게 한다. The piezoelectric actuator 40 generates a corresponding displacement when a voltage is applied. These displacements finely move the piezoelectric sensor 30 and the measurement stage 20 toward the metal object M, thereby causing the diamond tip 21 to press the metal object surface S.

스프링(50)은, 다이아몬드팁(21)이 금속대상물(M) 표면에 밀착된 상태를 유지하도록 일정한 탄성력을 인가한다. 이에 따라 금속대상물(M) 표면에 약간의 굴곡이 있더라도, 다이아몬드팁(21)은 금속대상물(M) 표면에 항상 밀착된 상태를 유지하는 것이다. 만약 스프링(50)을 채용하지 않을 경우, 다이아몬드팁(21)과 금속대상물 표면(S) 사이에서 틈새가 발생될 가능성이 있고 이 경우 측정되는 응력은 일정하지 않게 된다. The spring 50 applies a certain elastic force to keep the diamond tip 21 in close contact with the surface of the metal object M. [ Thus, even if the surface of the metal object M is slightly bent, the diamond tip 21 always maintains a state of being in close contact with the surface of the metal object M. If the spring 50 is not employed, there is a possibility that a gap is generated between the diamond tip 21 and the surface S of the metal object, and in this case, the measured stress is not constant.

매개단(60)은 압전센서(30)와 압전엑츄에이터(40) 사이, 엄밀하게는 제1,2보호단(31)(41) 사이에 설치되어 압전엑츄에이터(40)에서 발생되는 변위를 압전센서(30)로 정확히 전달한다. 이때 매개단(60)은 볼 타입으로 되며 압전엑츄에이터(40)에서 변위력이 비스듬하게 인가되더라도, 볼 타입의 매개단에 의하여 압전센서(30)의 정 중앙으로 정확히 인가된다. The intermediate stage 60 is provided between the piezoelectric sensor 30 and the piezoelectric actuator 40 and strictly between the first and second protective stages 31 and 41 to detect a displacement generated in the piezoelectric actuator 40, (30). At this time, the intermediate stage 60 becomes a ball type, and even if the displacement force is applied obliquely at the piezoelectric actuator 40, it is precisely applied to the center of the piezoelectric sensor 30 by the ball type intermediate stage.

메인브라켓(70)은 경통브라켓(10)을 승강 가능하게 지지한다. 이를 위하여 메인브라켓(70)에는 경통브라켓(10)이 끼어지는 끼움공(71)이 형성된다. The main bracket 70 supports the barrel bracket 10 so as to be able to move up and down. The main bracket 70 is formed with a fitting hole 71 into which the barrel bracket 10 is inserted.

승강부(80)는 경통브라켓(10)을 메인브라켓(70)에 대하여 승강시키는 것으로서, 엄밀하게는 메인브라켓(70) 내측에 설치된다. 이러한 승강부(80)는 다양하게 구현될 수 있는데, 예를 들면 메인브라켓(70) 내측에 고정되는 몸체(81)와, 몸체(81)에서 출몰되는 것으로서 경통브라켓(10)에 연결되는 로드(82)로 구성되는 실린더나, 기어조립체일 수 있다. The elevating portion 80 vertically moves the barrel bracket 10 with respect to the main bracket 70 and is strictly provided inside the main bracket 70. For example, the lifting unit 80 includes a body 81 fixed to the inside of the main bracket 70, a rod 81 connected to the barrel bracket 10, 82, or a gear assembly.

상기 승강부(80)는 특정한 하드니스를 가지는 금속대상물(M)의 표면 경도를 측정하고자 할 때 사용될 수 있도록 범용성을 부여한다. 예를 들면 다아이몬드팁(21)이 금속대상물(M) 표면에 밀착된 상태에서 경통브라켓(60)을 좀더 하강시키면 스프링(50)이 경통브라켓(20)을 강한 힘으로 가압한다. 이 상태에서 압전엑츄에이터(40)에서 변위력을 발생하면, 하드니스가 강한 금속대상물(M)의 표면 경도 측정이 가능해진다. The elevating portion 80 imparts versatility so that it can be used when measuring the surface hardness of a metal object M having a specific hardness. The spring 50 presses the barrel bracket 20 with a strong force when the barrel bracket 60 is further lowered while the diamond tip 21 is in close contact with the surface of the metal object M. [ When a displacement force is generated in the piezoelectric actuator 40 in this state, it is possible to measure the surface hardness of the metal object M having a high hardness.

신호데이터변환부(90)를 압전센서(30)에서 발생되는 응력신호를 경도데이터로 변환한다.  The signal data conversion section 90 converts the stress signal generated in the piezoelectric sensor 30 into the hardness data.

상기한 구조에 의하여, 압전엑츄에이터(40)에 전원을 인가함에 따라 변위를 유도할 수 있고, 이러한 변위는 매개단(60) 및 압전센서(30)를 통하여 측정단(20)으로 전달되어 다이아몬드팁(21)이 금속대상물 표면을 누르게 한다. 그러면 다이아몬드팁(21)과 금속대상물 표면(S) 사이에서 응력이 발생하고, 응력은 압전센서(30)에 역변위를 일으켜 응력신호를 발생하고, 응력신호는 신호데이터변환부(90)에서 작업자가 파악할 수 있는 경도데이터로 변환되어 금속대상물 표면의 경도를 측정할 수 있는 것이다. 이러한 과정은 자동으로 수행됨으로서 경도측정 품질을 일정하게 할 수 있다. With the above structure, displacement can be induced by applying power to the piezoelectric actuator 40, and this displacement is transmitted to the measurement stage 20 through the mediation stage 60 and the piezoelectric sensor 30, (21) presses the surface of the metal object. Then, a stress is generated between the diamond tip 21 and the metal object surface S, the stress causes an inverse displacement in the piezoelectric sensor 30 to generate a stress signal, and the stress signal is converted in the signal data conversion section 90 by the operator The hardness of the surface of the metal object can be measured. This process is performed automatically so that the quality of the hardness measurement can be made constant.

다음, 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템을 설명한다. Next, a laser metal surface heat treatment system employing a metal surface hardness measuring apparatus will be described.

도 2는 본 발명에 따른 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 여기서 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 기능을 하는 동일 부재이다. 2 is a view for explaining a configuration of a laser metal surface heat treatment system employing a metal surface hardness measuring apparatus according to the present invention. Here, the same reference numerals as in Fig. 1 denote the same members having the same function.

도시된 바와 같이 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템은, 안착되는 금속대상물(M)을 이송가능하게 지지하는 테이블(200)과; 테이블(200)의 상부에 위치되어 상기 금속대상물(M)로 열처리를 위한 레이저를 조사하는 레이저조사헤드(300)와; 열처리가 진행되는 동안 그 열처리된 표면 위치의 온도를 측정하는 파이로미터(400)와; 열처리가 진행되는 영역을 촬영하는 카메라(500)와; 열처리가 진행되는 동안 그 열처리된 표면경도를 측정하여 대응되는 경도신호를 발생하는 경도측정장치(100);를 포함한다. As shown in the figure, a laser metal surface heat treatment system employing a metal surface hardness measuring apparatus includes a table 200 for transportably supporting a metal object M to be placed; A laser irradiation head 300 positioned above the table 200 for irradiating a laser beam for heat treatment with the metal object M; A pyrometer (400) for measuring the temperature of the heat treated surface position during the heat treatment; A camera 500 for photographing an area where the heat treatment is performed; And a hardness measuring device (100) for measuring the surface hardness of the heat treated during the heat treatment and generating a corresponding hardness signal.

테이블(200)에는 다수의 롤러나 컨베이어(미도시)이 설치되어 안착된 금속대상물(M)을 이송시킨다. 이에 따라 금속대상물의 열처리는 연속적으로 이루어진다.A plurality of rollers or conveyors (not shown) are installed on the table 200 to feed the metal objects M placed thereon. Accordingly, the heat treatment of the metal object is continuously performed.

레이저조사헤드(300)는, 테이블(200)의 상부에 고정되어 레이저를 열처리하고자 하는 금속대상물(M)에 조사하는 것으로서, 전체적으로 원통형상을 가지는 몸통(310)과, 몸통(310)의 전방에 설치되어 레이저를 집속하거나 분산시키는 렌즈조립체(320)를 포함한다. 이때 사용되는 레이저의 파장은 808nm. 910nm, 940nm, 980nm, 1030nm, 1064nm 등이 있다.The laser irradiation head 300 irradiates the metal object M to be heated by fixing the laser beam to the upper portion of the table 200. The laser irradiation head 300 includes a body 310 having a cylindrical shape as a whole, And a lens assembly 320 installed and dispersing or dispersing the laser. The wavelength of the laser used is 808 nm. 910 nm, 940 nm, 980 nm, 1030 nm and 1064 nm.

열처리 목적에 따라, 금속대상물(M)의 표면 전체를 열처리를 해야 하는 경우도 있고, 특정 표면에만 국한해서 열처리를 해야 하는 경우가 있다. 따라서 열처리하고자 하는 영역의 특성 및 목적에 따라 렌즈조집체(320)를 조작하여 금속대상물의 표면(S) 열처리를 국소 면적에서부터 전체 면적까지 효과적으로 수행할 수 있는 것이다.Depending on the purpose of the heat treatment, the entire surface of the metal object M may have to be heat-treated, and the heat treatment may be limited to a specific surface only. Therefore, the heat treatment of the surface S of the metal object can be efficiently performed from the local area to the entire area by operating the lens assembly 320 according to the characteristics and purpose of the region to be heat-treated.

파이로미터(400)는, 레이저가 금속대상물(M)의 표면을 열처리하는 동안 그 금속대상물(M)에서 발생되는 적외선을 측정하여 대응되는 온도신호를 발생한다. 이러한 파이로미터(400)는 비접촉식이기 때문에 수백도 이상의 열처리 온도를 측정할 수 있다. The pyrometer 400 measures the infrared rays generated in the metal object M while the laser is heat-treating the surface of the metal object M, and generates a corresponding temperature signal. Since the pyrometer 400 is of a non-contact type, it is possible to measure a heat treatment temperature of several hundreds or more.

카메라(500)는, 열처리가 진행되는 영역을 촬영하여, 촬영 영역에서 가시광선의 차이가 발생할 때 이상신호를 발생한다. 예를 들면, 레이저조사헤드(300)에서 조사되는 레이저의 출력이 변화되거나, 금속대상물(M)의 표면에 레이저를 반사시키는 이물질이 있을 경우, 열처리된 부분에서 발생되는 가시광선의 파장이 변화된다. 이 경우, 이상신호를 발생하여 경도측정장치(100)가 즉각 경도측정을 하도록 제어하거나, 레이저조사헤드(300)에서 조사되는 레이저(L) 출력을 강하게 제어하거나, 작업자에게 별도의 경보신호를 발생할 수 있다.The camera 500 photographs an area where the heat treatment progresses, and generates an abnormal signal when a difference in visible light ray occurs in the photographing area. For example, when the output of the laser beam irradiated by the laser irradiation head 300 changes, or when there is a foreign substance that reflects the laser on the surface of the metal object M, the wavelength of the visible light ray generated in the heat-treated portion is changed. In this case, an abnormality signal is generated to control the hardness measuring apparatus 100 to measure the hardness immediately, or to strongly control the output of the laser L irradiated by the laser irradiation head 300, or to generate a separate alarm signal .

경도측정장치(100)는, 테이블(200) 상에서 이송가능하게 안착된 금속대상물의 표면을 열처리하는 동안에, 실시간으로 그 금속대상물 표면의 경도를 측정하는 것이다. 이러한 경도금속장치(100)는 용이한 설명을 위하여 레이저조사헤드(300)의 몸통(310)에 설치된 헤드브라켓(350)에 설치된 것으로 예시하여 설명한다. 그러나 경도측정장치(100)는 테이블(200)상에 고정된 별도의 지그에 설치될 수도 있음은 물론이다. The hardness measuring apparatus 100 measures the hardness of the surface of a metal object in real time while heat treating the surface of the metal object transportably mounted on the table 200. The hard metal device 100 is illustrated as being mounted on the head bracket 350 installed on the body 310 of the laser irradiation head 300 for easy explanation. However, it goes without saying that the hardness measuring apparatus 100 may be installed in a separate jig fixed on the table 200.

경도측정장치(100)는, 경통브라켓(10)의 하방으로 돌출된 것으로서 금속대상물() 표면에 접촉되는 다이아몬드팁(21)이 장착된 측정단(20)과; 경통브라켓(10) 내부의 하부측에 설치되어 측정단(20)에 밀착되는 것으로서, 다이아몬드팁(21)으로 인가되는 응력에 대응되는 응력신호를 발생하는 압전센서(30)와; 경통브라켓(10) 내부 상부측에 설치되어 상기 압전센서(30)를 상기 금속대상물 측으로 변위시키는 압전엑츄에이터(40)와; 경통브라켓(10) 내부에 설치되어 상기 압전엑츄에이터(40)에 탄성력을 인가하는 스프링(50)과; 압전센서(30)와 압전엑츄에이터(40) 사이에 설치되는 매개단(60)과; 경통브라켓(10)을 승강 가능하게 지지하는 메인브라켓(70)과; 메인브라켓(10)과 경통브라켓(10) 사이에 설치되어 그 경통브라켓(10)을 승강시키는 승강부(80)와; 압전센서(30)에서 발생된 응력신호를 경도데이터로 변환하는 신호데이터변환부(90)를 포함한다. The hardness measuring apparatus 100 includes a measurement stage 20 protruded downward from the barrel bracket 10 and equipped with a diamond tip 21 which is in contact with the surface of a metal object; A piezoelectric sensor 30 provided on the lower side inside the barrel bracket 10 and closely attached to the measurement stage 20 to generate a stress signal corresponding to the stress applied to the diamond tip 21; A piezoelectric actuator (40) installed on the upper side inside the barrel bracket (10) and displacing the piezoelectric sensor (30) toward the metal object; A spring (50) installed inside the barrel bracket (10) to apply an elastic force to the piezoelectric actuator (40); An intermediate stage 60 provided between the piezoelectric sensor 30 and the piezoelectric actuator 40; A main bracket 70 for vertically supporting the barrel bracket 10; A lifting portion 80 installed between the main bracket 10 and the barrel bracket 10 to raise and lower the barrel bracket 10; And a signal data conversion section 90 for converting the stress signal generated in the piezoelectric sensor 30 into hardness data.

여기서 상기한 측정단(20), 압전센서(30), 압전엑츄에이터(40), 스프링(50), 매개단, 메인브라켓(70), 승강부(80)는 이미 설명되었으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. Since the measurement stage 20, the piezoelectric sensor 30, the piezoelectric actuator 40, the spring 50, the intermediate stage, the main bracket 70, and the elevation portion 80 have already been described, do.

상기한 경도측정장치(100)에 의하여, 압전소자(30)에서 발생한 후 응력신호는 신호데이터변환부(90)에서 경도데이터로 변환되고, 경도데이터는 레이저조사헤드(300)로 전송되어 조사되는 레이저의 출력을 제어하는데 사용된다. 즉 레이저에 의한 열처리 온도를 제어함으로써 일정한 경도를 가지는 열처리 품질을 구현할 수 있는 것이다. The stress signal generated by the piezoelectric element 30 is converted into the hardness data by the signal data conversion unit 90 and the hardness data is transmitted to the laser irradiation head 300 for irradiation It is used to control the output of the laser. That is, by controlling the heat treatment temperature by the laser, it is possible to realize a heat treatment quality having a constant hardness.

이와 같이, 상기한 구조에 의하여, 레이저조사헤드(300)에서 조사되는 레이저(L)가 금속대상물 표면(S)을 열처리하는 동안에, 경도측정장치(100)는 열처리된 표면(S)의 경도를 실시간으로 측정하고, 이에 따라 열처리과정에서 열처리 품질의 변화가 발생되면 이를 즉각 알 수 있어 즉각적인 조치, 예를 들면 열처리 공정을 멈추게 하는 등의 조치를 취할 수 있다. 따라서 대량의 금속대상물의 열처리가 불량으로 진행되는 것을 방지할 수 있다. The hardness measuring apparatus 100 can measure the hardness of the heat-treated surface S while the laser L irradiated from the laser irradiation head 300 performs heat treatment on the surface S of the metal object It is possible to immediately take measures such as stopping the heat treatment process, for example, by real-time measurement, so that if a change in the quality of the heat treatment occurs during the heat treatment process, Therefore, it is possible to prevent the heat treatment of a large amount of metal objects from proceeding to defects.

또한 열처리도중 경도측정장치(100)에서 발생되는 경도데이터는 레이저조사헤드(300)에서 조사되는 레이저 출력을 제어하는데 사용되어 일정한 열처리 품질을 구현할 수 있다. Also, the hardness data generated in the hardness measuring apparatus 100 during the heat treatment may be used to control the laser power irradiated by the laser irradiation head 300 to achieve a certain heat treatment quality.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

10 ... 경통브라켓 15 ... 단턱
20 ... 측정단 21 ... 다이아몬드팁
25 ... 단턱걸이 30 ... 압전센서
31 ... 제1보호단 40 ... 압전엑츄에이터
41 ... 제2보호단 50 ... 스프링
60 ... 매개단 70 ... 메인브라켓
80 ... 승강부 90 ... 신호데이터변환부
100 ... 경도측정장치 200 ... 테이블
300 ... 레이저조사헤드 400 ... 파이로미터
500 ... 카메라10 ... barrel bracket 15 ... step
20 ... Measuring end 21 ... Diamond tip
25 ... Single jaw 30 ... Piezoelectric sensor
31 ... first protection terminal 40 ... piezoelectric actuator
41 ... second protection end 50 ... spring
60 ... intermediate stage 70 ... main bracket
80 ... elevation part 90 ... signal data conversion section
100 ... Hardness measuring device 200 ... Table
300 ... Laser irradiation head 400 ... pyrometer
500 ... camera

Claims (8)

경통브라켓(10)의 하방으로 돌출된 것으로서, 금속대상물(M) 표면에 접촉되는 다이아몬드팁(21)이 장착된 측정단(20);
상기 경통브라켓(10) 내부의 하부측에 설치되어 상기 측정단(20)에 밀착되는 것으로서, 상기 다이아몬드팁(21)으로 인가되는 응력에 대응되는 응력신호를 발생하는 압전센서(30);
상기 경통브라켓(10) 내부 상부측에 설치되는 것으로서, 그 자체의 변위에 의하여 상기 압전센서(30)를 상기 금속대상물 측으로 움직이는 압전엑츄에이터(40); 및
상기 경통브라켓(10) 내부에 설치되어 상기 압전엑츄에이터(40)에 탄성력을 인가하는 스프링(50);을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면 경도측정장치.A measurement stage 20 protruded downward from the barrel bracket 10 and equipped with a diamond tip 21 to be in contact with the surface of the metal object M;
A piezoelectric sensor 30 installed on the lower side of the inside of the barrel bracket 10 to closely contact the measurement terminal 20 and generating a stress signal corresponding to a stress applied to the diamond tip 21;
A piezoelectric actuator (40) installed on the upper side of the inside of the barrel bracket (10) and moving the piezoelectric sensor (30) toward the metal object by its own displacement; And
And a spring (50) installed in the barrel bracket (10) to apply an elastic force to the piezoelectric actuator (40). 제1항에 있어서,
상기 경통브라켓(10)을 승강 가능하게 지지하는 메인브라켓(70)과;
상기 메인브라켓(10)과 경통브라켓(10) 사이에 설치되어 그 경통브라켓(10)을 승강시키는 승강부(80);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면 경도측정장치.The method according to claim 1,
A main bracket 70 for vertically supporting the barrel bracket 10;
Further comprising an elevating part (80) provided between the main bracket (10) and the barrel bracket (10) to elevate the barrel bracket (10). 제1항에 있어서.
상기 압전센서(30)에서 발생된 응력신호를 경도데이터로 변환하는 신호데이터변환부(90)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면 경도측정장치.The method of claim 1,
And a signal data converting unit (90) for converting the stress signal generated in the piezoelectric sensor (30) into hardness data. 안착되는 금속대상물(M)을 이송가능하게 지지하는 테이블(200);
상기 테이블(200)의 상부에 위치되어 상기 금속대상물(M)로 열처리를 위한 레이저를 조사하는 레이저조사헤드(300);
상기 열처리가 진행되는 동안 그 열처리된 표면 위치의 온도를 측정하는 파이로미터(400); 및
열처리가 진행되는 동안 그 열처리된 표면경도를 측정하여 대응되는 경도데이터를 발생하는 경도측정장치(100);를 포함하고,
상기 경도데이터는 상기 레이저조사헤드(300)에서 조사되는 레이저의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템.A table 200 for transportably supporting a metal object M to be seated;
A laser irradiation head 300 positioned above the table 200 for irradiating a laser for heat treatment with the metal object M;
A pyrometer (400) for measuring the temperature of the heat treated surface position during the heat treatment; And
And a hardness measuring device (100) for measuring the surface hardness of the heat treated during the heat treatment and generating corresponding hardness data,
Wherein the hardness data controls the output of the laser irradiated by the laser irradiation head (300). 제4항에 있어서,
상기 열처리가 진행되는 영역을 촬영하는 카메라(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템.5. The method of claim 4,
Further comprising a camera (500) for photographing an area where the heat treatment is performed. 제4항에 있어서, 상기 경도측정장치(100)는,
경통브라켓(10)의 하방으로 돌출된 것으로서, 금속대상물(M) 표면에 접촉되는 다이아몬드팁(21)이 장착된 측정단(20)과; 상기 경통브라켓(10) 내부의 하부측에 설치되어 상기 측정단(20)에 밀착되는 것으로서, 상기 다이아몬드팁(21)으로 인가되는 응력에 대응되는 응력신호를 발생하는 압전센서(30)와; 상기 경통브라켓(10) 내부 상부측에 설치되는 것으로서, 그 자체의 변위에 의하여 상기 압전센서(30)를 상기 금속대상물 측으로 움직이는 압전엑츄에이터(40)와; 상기 경통브라켓(10) 내부에 설치되어 상기 압전엑츄에이터(40)에 탄성력을 인가하는 스프링(50);을 포함하는 것을 특징으로 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템.5. The apparatus according to claim 4, wherein the hardness measuring apparatus (100)
A measurement stage 20 protruded downward from the barrel bracket 10 and equipped with a diamond tip 21 which is in contact with the surface of the metal object M; A piezoelectric sensor 30 installed on the lower side of the inside of the barrel bracket 10 to closely contact the measurement terminal 20 and generating a stress signal corresponding to a stress applied to the diamond tip 21; A piezoelectric actuator (40) installed on the upper side of the inside of the barrel bracket (10) and moving the piezoelectric sensor (30) toward the metal object by its own displacement; And a spring (50) installed in the barrel bracket (10) to apply an elastic force to the piezoelectric actuator (40). 제5항에 있어서.
상기 경통브라켓(10)을 승강 가능하게 지지하는 메인브라켓(70)과;
상기 메인브라켓(10)과 경통브라켓(10) 사이에 설치되어 그 경통브라켓(10)을 승강시키는 승강부(80);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템.The method of claim 5,
A main bracket 70 for vertically supporting the barrel bracket 10;
And a lifting unit 80 installed between the main bracket 10 and the barrel bracket 10 to elevate the barrel bracket 10 so as to raise and lower the barrel bracket 10. [ Heat treatment system. 제5항에 있어서.
상기 압전센서(30)에서 발생된 응력신호를 경도데이터로 변환하는 신호데이터변환부(90)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면 경도측정장치를 채용한 레이저 금속 표면 열처리 시스템.The method of claim 5,
Further comprising a signal data conversion unit (90) for converting the stress signal generated from the piezoelectric sensor (30) into hardness data.
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