KR102013628B1 - 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치 - Google Patents

구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102013628B1
KR102013628B1 KR1020180042932A KR20180042932A KR102013628B1 KR 102013628 B1 KR102013628 B1 KR 102013628B1 KR 1020180042932 A KR1020180042932 A KR 1020180042932A KR 20180042932 A KR20180042932 A KR 20180042932A KR 102013628 B1 KR102013628 B1 KR 102013628B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piezoelectric element
piezoelectric elements
spherical
inspected object
piezoelectric
Prior art date
Application number
KR1020180042932A
Other languages
English (en)
Inventor
김진오
선상옥
Original Assignee
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 숭실대학교산학협력단 filed Critical 숭실대학교산학협력단
Priority to KR1020180042932A priority Critical patent/KR102013628B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102013628B1 publication Critical patent/KR102013628B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/063—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using piezoelectric resonators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치에 관한 것으로, 피검사체의 상하부에 서로 대향되게 배열되어 상기 피검사체에 대해 탄성파를 송수신하는 구 형상으로 된 복수의 압전소자 상기 복수의 압전소자의 내부를 관통하는 파이프 형태로서 상기 복수의 압전소자로 전기신호를 인가하기 위한 전선 가이드, 및 상기 복수의 압전소자 간에 송수신되는 상기 탄성파에 기초하여 상기 피검사체의 두께를 측정하는 두께 측정부를 포함한다.

Description

구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING THICKNESS USING PIEZOELECTRIC ELEMENT OF SPHERICAL SHAPE}
본 발명은 두께 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피검사체의 상하부에 배열된 구 형상의 압전소자를 이용하여 피검사체의 두께를 측정할 수 있는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치에 관한 것이다.
공정 과정에서 사출되는 기판의 두께를 측정하는 방법에는 여러 가지가 존재한다.
일례로, 접촉식 수동 측정방법을 이용한 두께 측정방법의 경우, 측정대상 기판 앞뒤 표면의 특정 지점에 대한 두께를 측정한다. 이때, 측정대상 기판과 측정 도구가 직접적으로 접촉하여 두께를 측정하므로 손쉽게 두께를 측정할 수 있다는 장점이 있으나, 점 단위로 측정하므로 측정 속도가 느리며, 구조적 제한으로 움직이는 기판을 측정하기 힘들다는 단점을 가지고 있다. 또한, 물리적 접촉으로 인한 측정대상 기판의 표면 손상을 유발할 수 있다.
다른 예로, 기하학적 광학법인 반사식 레이저 측정방법을 이용한 두께 측정방법은, 측정대상 기판이 주로 투명판 기판에 한정되며, 기판의 양측면에서 각각 반사되는 두 점을 측정하는 방법이다. 이때, 두 점 사이의 거리는 측정대상 기판의 두께에 비례한다. 기판으로부터의 거리, 특히 기판의 기울기에 민감하기 때문에 생산라인을 따라 움직이는 기판을 측정한 두께는 오차가 비교적 크다는 문제점을 가지고 있다.
이에 따라, 불투명한 소재를 갖는 물질을 포함하는 대상의 두께를 측정하거나, 고정되어 있지 않고 이동하는 대상의 두께를 지속적으로 실시간 측정 가능한 기술의 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-1023804호 (2011.03.14.), 발명의 명칭: 압전 초음파 트랜스듀서
본 발명은 구의 형상을 가진 압전소자를 측정 대상물인 피검사체의 상하부에 서로 마주보도록 복수 배열하여 상호간 송수신되는 탄성파를 통해 피검사체의 두께를 측정하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이중구조의 파이프 형태로 된 전선 가이드를 구 형상의 압전소자 내부에 결합시켜 구 형상의 압전소자와 함께 회전되도록 함으로써 이동중인 피검사체의 두께를 측정하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 피검사체의 두께 측정뿐만 아니라, 복수의 압전소자 간 송수신되는 탄성파 중 굴절되거나 반사되는 신호를 통해 피검사체의 결함여부도 함께 측정하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치는 피검사체의 상하부에 서로 대향되게 배열되어 상기 피검사체에 대해 탄성파를 송수신하는 구 형상으로 된 복수의 압전소자, 상기 복수의 압전소자의 내부를 관통하는 파이프 형태로서 상기 복수의 압전소자로 전기신호를 인가하기 위한 전선 가이드, 및 상기 복수의 압전소자 간에 송수신되는 상기 탄성파에 기초하여 상기 피검사체의 두께를 측정하는 두께 측정부를 포함한다.
또한, 상기 두께 측정 장치는 이동중인 피검사체의 두께를 측정 가능하며, 상기 복수의 압전소자는 상기 피검사체의 이동 방향을 따라 회전할 수 있다.
또한, 상기 복수의 압전소자는 상기 피검사체를 기준으로 상기 피검사체의 상부에 소정 길이만큼 배열되는 제1 압전소자부, 및 상기 제1 압전소자부의 배열과 대응되도록 상기 피검사체의 하부에 소정 길이만큼 배열되는 제2 압전소자부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 압전소자부 및 상기 제2 압전소자부는 상기 피검사체를 기준으로 상기 탄성파를 송신하기 위한 송신용 압전소자 및 상기 탄성파를 수신하기 위한 수신용 압전소자가 서로 대향되게 배열될 수 있다.
또한, 상기 제1 압전소자부 및 상기 제2 압전소자부는 상기 송신용 압전소자 및 상기 수신용 압전소자가 각 배열의 길이 방향을 따라 교차되게 배열될 수 있다.
또한, 상기 복수의 압전소자는 중공된 형상으로서 내부에 빈 공간으로 형성되는 공간부 및 상기 공간부의 둘레를 둘러싸는 몸체부를 포함하며, 상기 전선 가이드는 이중구조의 파이프 형태로서 상기 공간부와 상기 몸체부를 관통하는 관통부, 및 단일구조의 파이프 형태로서 상기 관통부의 양단으로부터 소정 길이만큼 연장되어 형성되는 연장부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 관통부는 상기 복수의 압전소자가 회전함에 따라 동일한 방향으로 회전하는 중공형의 회전 파이프, 및 상기 회전 파이프의 내부에 고정되게 구비되며, 상기 복수의 압전소자로 상기 전기신호를 인가하기 위한 전선을 가이드하는 고정 파이프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치는 상기 몸체부 내에서 상기 고정 파이프의 외주를 따라 구비되는 구 형상으로 된 복수의 베어링을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 베어링은 상기 몸체부 내 일측에 구비된 제1 베어링부 및 상기 관통부의 길이 방향을 기준으로 상기 제1 베어링부와 대향되는 상기 몸체부 내 타측에 구비된 제2 베어링부를 포함하며, 양의 극성을 가지는 제1 전선 및 음의 극성을 가지는 제2 전선이 상기 제1 베어링부 및 상기 제2 베어링부와 각각 연결되어 상기 각 복수의 압전소자로 상기 전기신호가 인가될 수 있다.
또한, 상기 몸체부의 내주면은 양의 극성을 가지며, 상기 공간부의 내주면은 음의 극성을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 구의 형상을 가진 압전소자를 측정 대상물인 피검사체의 상하부에 서로 마주보도록 복수 배열하여 상호간 송수신되는 탄성파를 통해 피검사체의 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 이중구조의 파이프 형태로 된 전선 가이드를 구 형상의 압전소자 내부에 결합시켜 구 형상의 압전소자와 함께 회전되도록 함으로써 이동중인 피검사체의 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 피검사체의 두께 측정뿐만 아니라, 복수의 압전소자 간 송수신되는 탄성파 중 굴절되거나 반사되는 신호를 통해 피검사체의 결함여부도 함께 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치의 개략적인 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 압전소자의 배열 구조 및 탄성파의 송수신 과정을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 압전소자의 내부를 관통하는 전선 가이드를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 이중구조의 파이프 형태로 구현된 전선 가이드를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 베어링을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전선의 극성에 따라 압전 소자 내부에 형성되는 전극층을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전선 가이드가 복수의 압전소자의 내부를 관통하는 모습을 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치의 개략적인 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치(100)는 복수의 압전소자(110), 전선 가이드(120), 및 두께 측정부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 두께 측정 장치(100)는 다양한 분야에서 활용되는 기판 즉, 플레이트 중 공정 과정에서 발생되는 오류로 인해 그 두께가 균일하지 못하거나 내부에 결함을 가지고 사출되는 플레이트에 대하여 두께를 측정함으로써 내부 결함의 발생 여부를 판단하기 위한 장치에 해당한다. 이를 수행하기 위한 구성 요소의 구체적인 설명은 다음과 같다.
복수의 압전소자(110)는 원의 형상 즉, 구 형상으로 구현되어 두께 측정의 대상물인 피검사체(10)의 상하부에 서로 대향되게 배열될 수 있다. 이에 따라, 각각의 압전소자는 피검사체(10)의 상하부에서 회전할 수 있다.
이는, 특정 부분에 고정되어 있는 피검사체(10)뿐만 아니라 특정 방향으로 이동중인 피검사체(10)의 두께 또한 측정하기 위한 것으로서, 두께 측정 동작을 지속적으로 수행할 수 있다. 이때, 복수의 압전소자(110)는 피검사체(10)의 이동 방향을 따라 회전할 수 있다.
복수의 압전소자(110)의 크기는 피검사체(10)의 두께를 보다 정확하고 효율적으로 측정하되 오차를 최소화할 수 있도록 매우 작게 구현되는 것이 바람직하다.
참고로, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 두께 측정 장치(100)는 복수의 압전소자(110)를 회전시키기 위한 롤러(20)를 구비할 수 있다. 롤러(20)는 복수의 압전소자(110)가 회전하는 방향과 반대 방향에 배치되어 각 압전소자가 굴러갈 수 있도록 피검사체(10)의 상하부에서 롤링될 수 있다.
복수의 압전소자(110)는 특정 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치인 트랜스듀서의 일종으로서, 전기신호가 인가되는 경우 진동 등의 변형이 발생하여 탄성파를 생성할 수 있다.
복수의 압전소자(110)는 피검사체(10)의 상하부에 각각 송신용 압전소자 및 수신용 압전소자로 구분되어 배열될 수 있다.
이때, 송신용 압전소자는 전기신호를 공급받아 탄성파를 생성하고, 생성된 탄성파는 피검사체(10)를 지나 수신용 압전소자로 전달되며, 수신용 압전소자는 전달된 탄성파에 의해 전기신호를 발생시킬 수 있다. 여기서, 수신용 압전소자로부터 발생된 전기신호는 후술하고자 하는 두께 측정부(130)로 전달될 수 있으며, 두께 측정부(130)는 전달된 전기신호를 신호처리 하여 피검사체(10)의 두께를 측정할 수 있다.
복수의 압전소자(110)의 구체적인 구조 및 기능에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
전선 가이드(120)는 파이프 형태로서, 복수의 압전소자(110)로 전기신호를 인가하기 위하여 각 압전소자의 내부를 관통할 수 있다.
여기서, 복수의 압전소자(110)의 내부를 관통하는 부분이 이중구조의 파이프 형태를 가질 수 있으며, 각각의 압전소자가 회전함에 따라 동일한 방향으로 회전할 수 있다.
전선 가이드(120)의 내부에는 외부로부터 연결된 전선이 구비되어 복수의 압전소자(110)에 선택적으로 전기신호를 인가할 수 있다. 즉, 피검사체(10)의 상하부에 배열된 복수의 압전소자(110) 각각에 전선이 연결되어 각 압전소자들이 개별적으로 전기신호를 인가받을 수 있다. 전선을 통하여 복수의 압전소자(110)에 인가되는 전기신호는 비연속적인 신호로서 펄스 형태의 신호인 것이 바람직하다.
전선 가이드(120)에 관한 구체적인 구조 및 기능에 대해서는 도 3, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
두께 측정부(130)는 복수의 압전소자(110) 간에 송수신되는 탄성파에 기초하여 피검사체(10)의 두께를 측정할 수 있다.
이를 위해, 두께 측정부(130)는 피검사체(10)를 사이에 두고 배열된 복수의 압전소자(110) 중 수신용 압전소자로부터 발생된 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 신호처리를 수행할 수 있다. 즉, 두께 측정부(130)는 변환된 디지털 신호에 기초하여 송신용 압전소자 및 수신용 압전소자 간 송수신되는 탄성파의 속도와 시간에 따라 피검사체(10)의 두께를 측정할 수 있다. 예컨대, 피검사체(10)의 두께는 송수신되는 탄성파의 속도 및 시간을 곱셈 연산하여 획득될 수 있다.
참고로, 두께 측정을 위해 수행되는 전기신호에 대한 신호처리 과정은 일반적인 디지털 신호 처리 과정에 해당하는 주지 관용의 기술로서, 본 실시예에서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
두께 측정부(130)는 피검사체(10)의 두께 측정뿐만 아니라, 내부 결함의 발생 여부 및 내부 결함의 발생 위치 등을 검출할 수도 있다. 즉, 두께 측정부(130)는 피검사체(10) 내에서 탄성파의 굴절 또는 반사가 발생하는 경우, 피검사체(10)의 내부에 결함이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 두께 측정부(130)는 탄성파의 굴절 또는 반사가 발생한 위치에 배열된 압전소자로부터 생성된 탄성파에 의해 발생되는 전기신호의 정량을 판단하여 내부 결함의 발생 위치를 확인할 수 있다.
참고로, 탄성파는 복수의 압전소자(110) 및 피검사체(10)가 접촉하는 지점에서 발생할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에서 복수의 압전소자(110) 및 전선 가이드(120)는 두께 측정 장치의 외부로부터 연결된 지지부재에 의해 지지되어 피검사체(10) 상에서 안정적으로 회전할 수 있다. 지지부재는 소정 길이를 가지는 와이어 또는 스프링과 같은 형태일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 변형 가능한 구조를 가지는 부재로서 구현될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 압전소자(110)의 배열 구조 및 탄성파의 송수신 과정을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 복수의 압전소자(110)는 제1 압전소자부(112) 및 제 2 압전소자부를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 압전소자부(112)는 피검사체(10)를 기준으로 피검사체(10)의 상부에 소정 길이만큼 배열될 수 있고, 제2 압전소자부(114)는 제1 압전소자부(112)의 배열과 대응되도록 피검사체(10)의 하부에 소정 길이만큼 배열될 수 있다. 즉, 제1 압전소자부(112) 및 제2 압전소자부(114)는 피검사체(10)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배열될 수 있다.
구체적으로, 제1 압전소자부(112) 및 제2 압전소자부(114)는 피검사체(10)를 기준으로 탄성파를 송신하기 위한 송신용 압전소자(112) 및 탄성파를 수신하기 위한 수신용 압전소자(114)가 서로 대향되게 배열될 수 있다.
일례로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 압전소자부(112) 및 제2 압전소자부(114) 중 송신용 압전소자(112)는 피검사체(10)의 상부에 배열되며 수신용 압전소자(114)는 피검사체(10)의 하부에 배열될 수 있다.
이에 따라, 피검사체(10)의 상부에 배열된 각 압전소자(112)는 전기신호를 인가받아 탄성파를 생성하여 대향된 방향 즉, 피검사체(10)의 하부에 배열된 압전소자(114)로 생성된 탄성파를 전달하고, 피검사체(10)의 하부에 배열된 각 압전소자(114)는 전달된 탄성파에 의해 전기신호를 발생시킬 수 있다. 다시 말해, 탄성파는 피검사체(10)의 상부에서 하부로 전달될 수 있다.
다른 예로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 압전소자부(112) 및 제2 압전소자부(114)는 송신용 압전소자(112a, 114a) 및 수신용 압전소자(112b, 114b)가 각 배열의 길이 방향을 따라 교차되게 배열될 수 있다. 다시 말해, 피검사체(10)의 상부 및 하부에서 송신용 압전소자(112a, 114a) 및 수신용 압전소자(112b, 114b)가 서로 엇갈리게 배열될 수 있다.
예컨대, 제1 압전소자부(112)는 송신용 압전소자(112a) -> 수신용 압전소자(112b) -> 송신용 압전소자(112a) 순으로 배열되며, 제2 압전소자부(114)는 수신용 압전소자(114b) -> 송신용 압전소자(114a) -> 수신용 압전소자(114b) 순으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 피검사체(10)의 두께를 측정하는데 있어서, 평균 두께에 대한 측정 오차를 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 압전소자의 내부를 관통하는 전선 가이드(120)를 설명하기 위해 도시한 단면도이고, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 이중구조의 파이프 형태로 구현된 전선 가이드(120)를 설명하기 위해 도시한 단면도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 베어링(123)을 설명하기 위해 도시한 단면도이고, 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전선의 극성에 따라 압전 소자 내부에 형성되는 전극층을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전선 가이드(120)는 복수의 압전소자(110) 내부를 관통할 수 있으며, 특히, 압전소자의 중앙을 관통함으로써 피검사체(10)의 상하부에서 복수의 압전소자(110)가 균형있게 회전하도록 할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 복수의 압전소자(110)는 중공된 링 형상으로서 내부에 빈 공간으로 형성되는 공간부(111a) 및 공간부(111a)의 둘레를 둘러싸는 몸체부(111b)를 포함하여 구성될 수 있다.
전선 가이드(120)는 복수의 압전소자(110)를 관통하는 관통부(122) 및 복수의 압전소자(110) 바깥 방향으로 구비되는 연장부(124)를 포함하여 구성될 수 있다.
관통부(122)는 이중구조의 파이프 형태로서 압전소자(110)의 공간부(111a) 및 몸체부(111b)를 관통할 수 있다. 구체적으로, 관통부(122)는 중공형의 회전 파이프(122a) 및 고정 파이프(122b)를 포함하여 구성될 수 있으며, 회전 파이프(122a)가 고정 파이프(122b)의 둘레를 감싸는 구조를 가질 수 있다.
회전 파이프(122a)는 관통부(122)의 외측에 구현되는 파이프로서, 복수의 압전소자(110)가 회전함에 따라 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 참고로, 회전 파이프(122a)는 절연체로 구현되는 것이 바람직하다.
고정 파이프(122b)는 회전 파이프(122a)의 내부에 고정되게 구비되되, 회전 파이프(122a)와 소정 간격만큼 이격될 수 있다. 이로 인해, 회전 파이프(122a) 및 고정 파이프(122b) 사이에는 빈 공간이 형성될 수 있다.
고정 파이프(122b)는 복수의 압전소자(110)로 전기신호를 인가하기 위한 전선을 가이드할 수 있다. 이에 따라, 고정 파이프(122b)의 내부로 양의 극성을 가지는 제1 전선(126a) 및 음의 극성을 가지는 제2 전선(126b)이 가이드되어 각 압전소자(110)마다 연결될 수 있다.
연장부(124)는 단일구조의 파이프 형태로서 관통부(122)의 양단으로부터 소정 길이만큼 연장되어 형성될 수 있다. 여기서, 연장부(124)는 관통부(122)의 고정 파이프(122b)와 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 관통부(122)는 회전 파이프(122a) 및 고정 파이프(122b) 간의 결합을 용이하게 하기 위하여 복수의 베어링(123)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 베어링(123)은 고정 파이프(122b)의 외주를 따라 구비될 수 있는데, 압전소자(110)의 몸체부(111b)를 관통하는 부분에 해당하는 고정 파이프(122b)의 둘레를 에워쌀 수 있다. 다시 말해, 도 4b에서와 같이, 복수의 베어링(123)은 회전 파이프(122a) 및 고정 파이프(122b) 사이의 빈 공간에 구비될 수 있다. 여기서, 복수의 베어링(123)은 구 형상으로 구현되는 것이 바람직하다. 참고로, 도 4b에 도시된 복수의 베어링(123)은 도 4a의 화살표 방향에서 바라본 모습에 해당한다.
이에 따라, 복수의 베어링(123)은 이중구조의 파이프 내에서 회전 파이프(122a)의 회전축을 지지하는 역할을 수행함으로써, 복수의 압전소자(110)가 회전함에 따라 회전 파이프(122a)가 함께 회전하도록 할 수 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 복수의 베어링(123)은 몸체부(111b) 내 일측에 구비된 제1 베어링부(123a) 및 관통부(122)의 길이 방향을 기준으로 제1 베어링부(123a)와 대향되는 몸체부(111b) 내 타측에 구비된 제2 베어링부(123b)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 양의 극성을 가지는 제1 전선(126a) 및 음의 극성을 가지는 제2 전선(126b)이 제1 베어링부(123a) 및 제2 베어링부(123b)와 각각 연결되어 각 복수의 압전소자(110)로 전기신호가 인가될 수 있다. 즉, 복수의 베어링(123)은 압전소자(110)에 전기신호를 전달해주는 매개체로서의 역할을 수행할 수 있다.
예컨대, 도면에 도시된 바와 같이, 몸체부(111b)의 일측이 도면을 기준으로 좌측, 몸체부(111b)의 타측이 도면을 기준으로 우측이라고 가정하는 경우, 제1 베어링부(123a)는 도면을 기준으로 좌측에 도시된 복수의 베어링(123)에 해당되고, 제2 베어링부(123b)는 도면을 기준으로 우측에 도시된 복수의 베어링(123)에 해당될 수 있다. 여기서, 제1 전선(126a)은 제2 베어링부(123b)와 연결되고, 제2 전선(126b)은 제1 베어링부(123a)와 연결됨으로써, 압전소자(110)에 전기신호가 인가될 수 있다.
제1 베어링부(123a) 및 제2 베어링부(123b)를 통해 각 압전소자(110)에 전기신호가 인가되면, 압전소자(110)는 전극 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 압전소자의 몸체부(111b)의 내주면은 양의 극성(P)을 가지며, 공간부(111a)의 내주면은 음의 극성(M)을 가질 수 있다. 이는, 제1 전선(126a)이 제1 베어링부(123a)와 연결되고, 제2 전선(126b)이 제2 베어링부(123b)와 연결되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 복수의 압전소자(110), 전선 가이드(120) 및 두께 측정부(130)는 제어부(미도시)의 제어에 의해 그 기능을 수행할 수 있으며 상호간 동작 가능할 수 있다.
도 3, 도 4a 내지 도 4c에서는 설명의 편의를 위해, 전선 가이드(120)가 하나의 압전소자를 통과하는 모습을 도시하여 본 발명의 두께 측정 장치에 대하여 설명하였으나, 이는 복수의 압전소자(110)를 통과하는 경우로 확대 적용하여 해석할 수 있다. 다시 말해, 도 5에서와 같이, 전술한 모든 내용은 전선 가이드(120)가 복수의 압전소자(110)를 통과하는 경우에 적용하여 해석할 수 있다.
참고로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전선 가이드(120)가 복수의 압전소자(110)의 내부를 관통하는 모습을 도시한 단면도이다.
이로써, 본 발명에 의하면, 원의 형상을 가진 압전소자를 측정 대상물인 피검사체의 상하부에 서로 마주보도록 복수 배열하여 상호간 송수신되는 탄성파를 통해 피검사체의 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 이중구조의 파이프 형태로 된 전선 가이드를 구 형상의 압전소자 내부에 결합시켜 구 형상의 압전소자와 함께 회전되도록 함으로써 이동중인 피검사체의 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피검사체의 두께 측정뿐만 아니라, 복수의 압전소자 간 송수신되는 탄성파 중 굴절되거나 반사되는 신호를 통해 피검사체의 결함여부도 함께 측정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 피검사체
20 : 롤러
110 : 복수의 압전소자
111a : 공간부
111b : 몸체부
112 : 제1 압전소자부
114 : 제2 압전소자부
112a, 114a : 송신용 압전소자
112b, 114b : 수신용 압전소자
120 : 전선 가이드
122 : 관통부
122a : 회전 파이프
122b : 고정 파이프
123 : 복수의 베어링
123a : 제1 베어링부
123b : 제2 베어링부
124 : 연장부
126 : 전선
126a : 제1 전선
126b : 제2 전선
130 : 두께 측정부

Claims (10)

  1. 피검사체의 상하부에 서로 대향되게 배열되어 상기 피검사체에 대해 탄성파를 송수신하는 구 형상으로 된 복수의 압전소자
    상기 복수의 압전소자의 내부를 관통하는 파이프 형태로서 상기 복수의 압전소자로 전기신호를 인가하기 위한 전선 가이드; 및
    상기 복수의 압전소자 간에 송수신되는 상기 탄성파에 기초하여 상기 피검사체의 두께를 측정하는 두께 측정부
    를 포함하고,
    상기 복수의 압전소자는
    중공된 형상으로서 내부에 빈 공간으로 형성되는 공간부 및 상기 공간부의 둘레를 둘러싸는 몸체부를 포함하며,
    상기 전선 가이드는
    이중구조의 파이프 형태로서 상기 공간부와 상기 몸체부를 관통하는 관통부; 및
    단일구조의 파이프 형태로서 상기 관통부의 양단으로부터 소정 길이만큼 연장되어 형성되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두께 측정 장치는 이동중인 피검사체의 두께를 측정 가능하며,
    상기 복수의 압전소자는 상기 피검사체의 이동 방향을 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전소자는
    상기 피검사체를 기준으로 상기 피검사체의 상부에 소정 길이만큼 배열되는 제1 압전소자부; 및
    상기 제1 압전소자부의 배열과 대응되도록 상기 피검사체의 하부에 소정 길이만큼 배열되는 제2 압전소자부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 압전소자부 및 상기 제2 압전소자부는
    상기 피검사체를 기준으로 상기 탄성파를 송신하기 위한 송신용 압전소자 및 상기 탄성파를 수신하기 위한 수신용 압전소자가 서로 대향되게 배열되는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 압전소자부 및 상기 제2 압전소자부는
    상기 송신용 압전소자 및 상기 수신용 압전소자가 각 배열의 길이 방향을 따라 교차되게 배열되는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관통부는
    상기 복수의 압전소자가 회전함에 따라 동일한 방향으로 회전하는 중공형의 회전 파이프; 및
    상기 회전 파이프의 내부에 고정되게 구비되며, 상기 복수의 압전소자로 상기 전기신호를 인가하기 위한 전선을 가이드하는 고정 파이프
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 몸체부 내에서 상기 고정 파이프의 외주를 따라 구비되는 구 형상으로 된 복수의 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 베어링은
    상기 몸체부 내 일측에 구비된 제1 베어링부 및 상기 관통부의 길이 방향을 기준으로 상기 제1 베어링부와 대향되는 상기 몸체부 내 타측에 구비된 제2 베어링부를 포함하며,
    양의 극성을 가지는 제1 전선 및 음의 극성을 가지는 제2 전선이 상기 제1 베어링부 및 상기 제2 베어링부와 각각 연결되어 상기 각 복수의 압전소자로 상기 전기신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 몸체부의 내주면은 양의 극성을 가지며, 상기 공간부의 내주면은 음의 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치.
KR1020180042932A 2018-04-12 2018-04-12 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치 KR102013628B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180042932A KR102013628B1 (ko) 2018-04-12 2018-04-12 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180042932A KR102013628B1 (ko) 2018-04-12 2018-04-12 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102013628B1 true KR102013628B1 (ko) 2019-08-23

Family

ID=67763779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180042932A KR102013628B1 (ko) 2018-04-12 2018-04-12 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102013628B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006121234A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Toppan Printing Co Ltd 弾性表面波素子識別装置及び弾性波素子識別装置
JP2006264927A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Fuji Xerox Co Ltd 搬送ローラ、シート情報測定装置および画像形成装置
KR101023804B1 (ko) 2008-10-30 2011-03-21 (주)동일기연 압전 초음파 트랜스듀서

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006121234A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Toppan Printing Co Ltd 弾性表面波素子識別装置及び弾性波素子識別装置
JP2006264927A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Fuji Xerox Co Ltd 搬送ローラ、シート情報測定装置および画像形成装置
KR101023804B1 (ko) 2008-10-30 2011-03-21 (주)동일기연 압전 초음파 트랜스듀서

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4524764B2 (ja) 超音波探傷方法及び装置
JP2018147803A (ja) ケーブルの製造方法、ケーブルの検査方法およびケーブル外観検査装置
JPS6133121B2 (ko)
WO2007024000A1 (ja) 超音波探触子、超音波探傷装置、超音波探傷方法及び継目無管の製造方法
JP2007078692A (ja) 単一指標の可変角度フェーズドアレイプローブ
JP4440129B2 (ja) 較正曲線取得方法
KR101424070B1 (ko) 헤드 회전형 초음파 진단장치
US3600613A (en) Transducer probe for ultrasonic pulse-echo test apparatus
KR102013628B1 (ko) 구 형상의 압전소자를 이용한 두께 측정 장치
EP3044581B1 (en) Rolling curved array ultrasonic scanner
JP2020030070A (ja) 超音波探傷方法及び探傷装置
WO2014126023A1 (ja) 超音波探触子
GB2516349A (en) Ultrasonic detection method and ultrasonic analysis method
JPH07333202A (ja) 配管探傷装置
CN115494160B (zh) 一种相控阵空气耦合换能器及其平面应力超声测量方法和装置
JP2016161400A (ja) ころ姿勢測定装置及びころ姿勢測定方法
JP7006444B2 (ja) 超音波探傷方法
RU2655048C1 (ru) Устройство для ультразвукового контроля круглого проката и труб
JP2010096779A (ja) 超音波探傷装置
JP5428249B2 (ja) 管体の肉厚形状測定装置、その方法および管体の製造方法
KR20110077218A (ko) 비파괴 검사용 초음파 측정장치
JP2014092363A (ja) 加工孔の位置測定装置
JP7323477B2 (ja) 超音波探触子、及び超音波探傷スキャナ
JP4060751B2 (ja) 超音波伝播速度測定方法および軸受内輪軌道面の検査方法
JPH0377056A (ja) 超音波検査装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant