KR100624256B1 - 투명한 튜브의 외경과 내경을 측정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

투명한 튜브의 외경과 내경을 측정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

투명한 튜브의 내경과 외경을 비접촉식으로 측정할 수 있는 장치와 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 투명한 튜브의 길이방향에 수직한 단면에 대하여 소정 각도로 기울여진 단면 직선상의 광빔을 투명한 튜브에 조사하여, 튜브에 의해 가려지고 굴절되어 형성된 광빔의 패턴을 획득하고, 튜브에 의해 가려진 광빔 패턴으로부터 외경정보를 추출하고, 튜브에 의해 굴절되어 형성된 광빔 패턴으로부터 내경정보를 추출하여 연산함으로써 외경과 내경을 함께 얻는다.
투명 튜브, 실린더, 내경, 외경, 비접촉식 측정, 굴절 패턴

Description

투명한 튜브의 외경과 내경을 측정하기 위한 장치 및 방법{Outer and Inner Diameter Measuring Apparatus and Method for Transparent Tube}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명한 튜브의 내외경을 측정하는 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 광확산 코팅된 스크린을 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 측정대상인 투명한 튜브가 광로상에 위치하지 않은 경우와 위치한 경우에 스크린에 나타나는 광빔 패턴을 도시한 사시도이다.
도 4는 투명한 튜브에 조사되는 직선상의 광빔이 튜브에 의해 가려지고 굴절되어 스크린에 광빔 패턴으로 나타나게 되는 경로 및 스크린에 나타나는 광빔 패턴을 도시한 도면이다.
도 5는 굴절률이 서로 다른 매질을 광빔이 통과할 때 나타나는 굴절의 법칙을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 투명한 튜브의 내경정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100...광빔 조사수단 101...레이저빔 발생기
103...직선광 변환 광학계 105...콜리메이터(collimator)
107...적외선 차단 필터 200...패턴 획득수단
201...카메라 203...밴드패스 필터
205...스크린 207...적외선 차단 필터
300...투명 튜브 400...연산수단
401...영상 처리부 403...내외경 연산부
405...출력부 500...전원 공급부
본 발명은 투명한 튜브의 내외경을 비접촉식으로 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
튜브 또는 실린더와 같은 물체의 외경을 비접촉식으로 측정하는 방법으로서 다음과 같은 기술들이 알려져 있다.
첫째, 미국특허 제5,015,867호에 개시된 기술로서, 레이저 다이오드로부터 발진된 레이저 빔을 측정대상에 조사하고 측정대상의 모서리(edge)에서 회절 또는 간섭되는 레이저 빔의 패턴을 렌즈와 카메라 등의 광학계를 사용하여 외경정보를 추출해 내는 기술이다. 둘째, 미국특허 제6,346,988호는 측정대상에 콜리메이팅된(collimated) 평행광을 조사하고 측정대상에 의해 평행광이 가려진 위치를 추출함으로써 외경을 측정하는 기술이다.
그러나, 위의 첫 번째 기술은 불투명한 물체의 외경을 측정하는데 적합하나 투명한 물체의 외경을 측정하는 데에는 부적절하다. 또한, 두 번째 기술은 투명한 물체나 불투명한 물체 모두 외경은 측정할 수 있으나, 첫 번째 기술과 마찬가지로 내경을 측정하기에는 부적절하다.
한편, 광섬유 모재를 제조하는 방법으로서, 투명한 실리카 튜브 내부에 반응가스를 불어넣으면서 튜브 내벽에 수트(soot)를 증착하고 소결함으로써 광섬유 모재를 제조하는 MCVD법(Modified Chemical Vapor Deposition)에서는, 튜브 내벽에 증착 및 소결되는 실리카층이 튜브의 길이 방향을 따라서 고르게, 또 원하는 만큼 적절하게 형성되고 있는지를 공정중에 확인할 필요가 있다. 이를 위해서는 실리카 튜브의 외경만이 아니라 내경도 측정하여야 하는데 간편하고 정확한 측정방법 및 장치가 절실히 요구되고 있다.
한편, 투명한 튜브나 실린더의 내경은, 예컨대 위 첫 번째나 두 번째의 방법에 의해 외경을 측정하고, 동시에 각 지점에서의 두께를 측정함으로써 얻을 수도 있다. 예컨대, 대한민국 특허공개공보 제2000-0011448호에는 투명하고 편평한 물체에 변조 광주파수를 가지는 광빔을 조사하여 측정대상의 각 면에서 반사된 2개의 광빔의 간섭신호를 수신하고 변조 주기당 진동수를 통해 두 빔 사이의 경로차와 두께를 측정하는 기술을 개시하고 있다. 그런데, 이 방법을 적용하여 투명한 튜브나 실린더의 두께를 측정하기 위해서는 투명한 튜브의 외주면을 따라 1회전하면서 두께를 측정하거나 투명한 튜브를 1회전시켜가면서 두께를 측정해야 하므로 측정장치가 대형화되거나 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 이 방법은 두께가 광빔 파장의 수배 이내일 때에는 두께를 정확하게 측정할 수 있으나, 공정의 진행에 따라 튜브의 두께가 두꺼워지면 간섭패턴을 식별하기 힘들어져 실제로 두께 측정이 곤란하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 투명한 튜브 또는 실린더의 내외경을 간편하고 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 투명한 튜브에 광빔을 조사하여 이 광빔이 튜브의 내부를 통과하면서 생기는 굴절 패턴으로부터 튜브의 내경정보를 추출하고 연산하여 내경을 얻는다.
즉, 본 발명에 따른 투명한 튜브의 내외경 측정방법은, 투명한 튜브의 길이방향에 수직한 단면에 대하여 소정 각도로 기울여진 단면 직선상의 광빔을 투명한 튜브에 조사하여, 튜브에 의해 가려지고 굴절되어 형성된 광빔의 패턴을 획득하고, 이 패턴으로부터 튜브의 외경과 내경을 함께 얻을 수 있다.
구체적으로, 위와 같이 단면 직선상의 광빔을 투명한 튜브에 조사하면, 투명한 튜브에 의해 단면 직선상의 광빔이 가려져서 형성되는 광빔 패턴과, 투명한 튜 브를 통과하는 광빔이 튜브에 의해 굴절되어 형성되는 광빔 패턴이 형성된다. 획득된 광빔의 패턴중 튜브에 의해 가려진 광빔 패턴으로부터 외경정보를 추출하고, 튜브에 의해 굴절되어 형성된 광빔 패턴으로부터 내경정보를 추출하여 연산함으로써 외경과 내경을 얻는다.
한편, 본 발명에 따른 투명한 튜브의 내외경 측정장치는, 투명한 튜브의 길이방향에 수직한 단면에 대하여 소정 각도로 기울여진 단면 직선상의 광빔을 조사하는 광빔 조사수단; 상기 튜브를 사이에 두고 광빔 조사부에 대향하여 배치되어, 튜브에 의해 가려지고 굴절된 광빔의 패턴을 획득하는 패턴 획득수단; 및 패턴 획득수단에 의해 획득된 광빔의 패턴중 튜브에 의해 굴절된 패턴으로부터 튜브의 내경정보를 추출하여 내경을 연산하여 출력하는 연산수단을 구비한다.
또한, 상기 광빔 조사수단은, 레이저 발생기; 레이저 발생기로부터 발생된 레이저 빔을 단면 직선광으로 변환하는 직선광 변환 광학계; 및 직선광 변환 광학계에 의해 단면 직선광으로 변환된 레이저 빔을 평행 직선광으로 변환하는 콜리메이터를 구비할 수 있다.
또한, 상기 패턴 획득수단은, 튜브에 의해 가려지고 굴절된 광빔의 패턴이 투영되는 스크린; 및 스크린에 투영된 광빔 패턴을 촬상하는 카메라를 구비할 수 있다.
아울러, 상기 연산수단은, 부가적으로, 상기 패턴 획득수단에 의해 획득된 광빔의 패턴중 튜브에 의해 가려진 패턴으로부터 튜브의 외경정보를 추출하고 외경을 연산하여 출력할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 튜브 내외경 측정방법 및 장치는 광학적인 방법에 의해 투명한 튜브의 내외경을 간편하면서도 정확하게, 또 비접촉식으로 측정할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 튜브 내외경 측정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 튜브 내외경 측정장치는 크게, 예컨대 광섬유 모재가 될 실리카 튜브와 같은 투명한 튜브(300)를 사이에 두고 대향하여 배치된 광빔 조사수단(100)과 패턴 획득수단(200), 연산수단(400), 및 전원 공급부(500)를 포함하여 구성된다.
광빔 조사수단(100)은 튜브(300)의 내외경을 측정하기 위한 레이저 빔을 형성하여 튜브(300)에 조사하기 위한 수단으로서, 레이저 빔 발생기(101), 직선광 변 환 광학계(103), 콜리메이터(collimator)(105), 및 적외선 차단 필터(107)를 구비한다.
레이저 빔 발생기(101)로는 센서용 광원으로서 적절한 출력을 가지는 반도체 레이저를 사용할 수 있다. 직선광 변환 광학계(103)는 레이저 빔 발생기(101)로부터 출사된 레이저 빔을 진행방향에 수직인 단면이 직선이 되도록 변환하는 광학계로서, 빔 확산렌즈(오목렌즈 또는 볼록거울) 및/또는 슬릿 등과 같은 광학계로 이루어진다. 콜리메이터(105)는 소정의 각도로 퍼져나가는 단면 직선상 레이저 빔(111)을 평행광(113)으로 집속하는 렌즈이다. 적외선 차단 필터(107)는 공정중의 고열에 의한 각종 광학계와 전자부품의 손상을 막기 위한 것으로 광빔 조사수단(100)의 출사측에 배치된다. 하지만, 측정대상이나 주위 환경에 따라서 특별히 열이 발생되지 않거나 무시할 수 있을 정도라면 적외선 차단 필터는 생략될 수 있다.
이렇게 구성 및 배치된 광빔 조사수단(100)은, 측정대상인 투명한 튜브(300)의 길이방향에 수직인 방향으로 레이저 빔(113)이 조사되도록 배치되는데, 이때 레이저 빔(113)이, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, y축에 대해 약간(예컨대, 10~30도) 기울어지도록 배치된다. 이는 튜브(300)에 의해 가려지고 굴절된 광빔의 패턴(117)이 서로 중첩되어 구별되지 않게 되는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 위에서 광빔 조사수단(100)은, 광원으로서 레이저를 사용하고 직선광 변환 광학계(103) 및 콜리메이터(105)를 구비하는 것으로 설명되었지만, 본 발명의 튜브 내외경 측정장치는 반드시 이에 한하지 않는다. 예컨대, 레이저가 아닌 발광 다이오드와 같은 광원을 사용할 수도 있고, 직선상의 어레이 구조로 배열된 다수의 광원을 사용함으로써 직선광 변환 광학계 및/또는 콜리메이터를 생략할 수도 있다.
패턴 획득수단(200)은 광빔 조사수단(100)으로부터 조사된 레이저 빔(113)이 튜브(300)에 의해 가려지고 굴절되어 형성된 광빔 패턴(117)을 획득하기 위한 수단으로서, 카메라(201), 밴드패스 필터(band pass filter)(203), 스크린(205), 및 적외선 차단 필터(207)를 구비한다.
카메라(201)로는 전형적으로 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라를 사용하는데, 반드시 이에 한하지는 않는다. 밴드패스 필터(203)는 스크린(205) 상의 광빔 패턴 이외의 주변광이나 가열된 튜브(300)로부터의 백열에 의해 측정값이 변동되는 것을 막기 위해 사용한다. 스크린(205)은 레이저 빔(113)이 튜브(300)를 통과하면서 가려지거나 굴절된 광빔의 패턴(117)이 투영되는 곳이다. 적외선 차단 필터(207)는, 전술한 적외선 차단 필터(107)와 마찬가지로, 공정중의 고열에 의한 각종 광학계와 전자부품의 손상을 막기 위한 것으로 패턴 획득수단(200)의 입사측에 배치된다. 하지만, 측정대상이나 주변 환경에 따라서 특별히 열이 발생되지 않거나 무시할 수 있을 정도라면 적외선 차단 필터는 생략될 수 있다.
한편, 스크린(205)은 카메라(201)에 의한 패턴의 촬상이 용이하도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 앞면(도 2에서 왼쪽 편)에 맺힌 패턴이 뒷면에서 모든 방향으로 고르게 확산되는 것이 바람직하다. 또한, 적외선 차단 필터(207)가 있기는 하지만 100도 이상의 고온의 환경에서 견딜 수 있어야 한다. 이를 위해 스크린(205)은 유리판(2051)의 뒷면에 0.05~0.5mm 정도의 오팔(opal) 또는 알루미나(alumina) 등의 광확산 코팅(2053)이 되어 있는 것이 바람직하다.
연산수단(400)은 패턴 획득수단(200)에 의해 획득된 광빔 패턴 데이터로부터 튜브(300)의 내경과 외경을 연산하여 출력하기 위한 수단으로서, 영상 처리부(401), 내외경 연산부(403) 및 출력부(405)를 포함한다. 연산수단(400)의 전부 또는 일부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 범용의 컴퓨터를 사용하여 구현될 수도 있다.
영상 처리부(401)는 카메라(201)로부터 아날로그 신호의 형태로 전달되는 패턴 데이터를 양자화 또는 디지털화하고 내외경 연산부(403)에서 수학적인 처리가 가능하도록 변환한다. 내외경 연산부(403)는 영상 처리부(401)로부터 받은 패턴 데이터로부터 실제로 튜브(300)의 내경과 외경을 계산하는 모듈로서, 그 상세한 내용에 대해서는 후술한다. 출력부(405)는 내외경 연산부(403)에 의해 계산된 내경과 외경 등의 정보를 작업자가 인식할 수 있도록 표시수단(미도시)에 표시한다.
전원 공급부(500)는, 레이저 발생기(101), 카메라(201), 연산수단(400) 등의 전기전자부품에 필요한 전원을 공급한다.
이어서, 이상과 같은 구성을 가진 본 실시예의 내외경 측정장치의 동작에 대해 상세히 설명함으로써 본 발명에 따른 투명한 튜브의 내외경을 측정하는 방법을 설명한다.
측정장치에 전원을 인가하면, 레이저 발생기(101)로부터 레이저 빔이 발생되고, 직선광 변환 광학계(103)에 의해 소정 각도로 퍼져나가는 단면 직선광(111)으로 변환된다. 단면 직선광(111)은 콜리메이터(105)를 통과하면서 단면이 직선이고 평행하게 진행되는 평행광(113)으로 변환된다. 따라서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(113)의 경로상에 측정대상이 존재하지 않는 경우에는 스크린(205)에 직선 패턴(115)이 투영된다. 반면, 도 3b와 같이, 레이저 빔(113)의 경로상에 측정대상인 투명한 튜브(300)가 위치하면, 튜브(300)에 의해 레이저 빔(113)의 일부가 가려지고 굴절되어 형성된 패턴(117)이 스크린(205) 상에 투영된다. 스크린(205) 상에 투영된 광빔 패턴(117)은 카메라(201)에 의해 촬상되어 영상 처리부(401)로 전달되고, 영상 처리부(401)에 의해 가공되어 패턴 데이터로 된다. 패턴 데이터는 내외경 연산부(403)로 전달되어 튜브(300)의 내경과 외경으로 계산되어 출력되고, 이 정보는 출력부(405)에 의해 작업자가 인식할 수 있는 형태로 표시된다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 광빔 패턴(117)의 형성과정 및 형상과, 연산수단(400), 특히 내외경 연산부(403)의 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 도 3b에 개략적으로 도시된 광빔 패턴(117)의 구체적인 형성 메카니즘을 설명하기 위한 도면으로서 도 4의 왼쪽은 z축 방향 즉, 튜브(300)의 길이 방향에서 본 도면이고, 도 4의 오른쪽은 스크린(205) 상에 투영된 패턴을 x축 방향 즉, 튜브(300)의 길이 방향에 수직한 방향에서 본 도면이다. 도 4에서 a, b, c, d, a', b', c', d'은 직선상의 레이저 빔(113)을, 설명의 편의상 구분하여 나타낸 것이고, A, B, C, D, A', B', C', D'은 각각 a, b, c, d, a', b', c', d'에 대응하여 형성되는 패턴을 나타낸다. 한편, 도 4에서 레이저 빔 a', b', c', d'의 진행경로는 별도로 나타내지 않았으나 a, b, c, d의 진행경로와 각각 대칭된다. 아울러, 도 4에서 각 점 P, P', Q3, Q3'의 x, y좌표값은 튜브(300)의 중심 O를 원점으로 보았을 때의 좌표이다. 여기서, 각 점 P, P', Q3, Q3'의 z좌표값을 표시하지 않은 것은 후술하는 내경정보 및 외경정보의 추출 및 내외경의 계산에 z좌표값이 기여하지 않기 때문이다.
도 4를 참조하면, 레이저 빔(113)의 전체 길이는 튜브(300)의 외경보다 약간 더 길고, 튜브의 외경을 벗어난 부분의 레이저 빔 a 및 a'은 그대로 투과되어 스크린(205) 상에 패턴 A 및 A'으로 투영된다. 레이저 빔 b 및 b'은 튜브(300)를 지나면서 2 번 굴절되어 상하가 바뀌어 스크린(205) 상에 패턴 B 및 B'으로 투영된다. 또한, 레이저 빔 c 및 c'은 튜브(300)의 내부로 진행되면서 한 번 굴절되고 튜브의 내주면에서 반사되고 튜브를 벗어나면서 다시 한 번 굴절되어 스크린(205) 상에 패턴 C 및 C'으로 투영된다. 마지막으로, 레이저 빔 d 및 d'은 튜브(300)의 내부를 지나면서 총 4 번 굴절되어 스크린(205) 상에 패턴 D 및 D'으로 투영된다. 이때, 전술한 바와 같이 레이저 빔(113)은 y축에 대해 소정 각도로 기울어져 있기 때문에, 각 패턴 A, B, C, D, A', B', C', D'은 서로 중첩되지 않고, 도 4의 도면 오른쪽에 도시된 바와 같이 대칭된 형상으로 분할되어 나타난다.
도 4에 도시된 패턴에서 외경정보는 패턴 A, A'으로부터 추출된다. 즉, 전체 레이저 빔(113) 중 튜브의 외경을 벗어난 빔 a, a'에 의해 형성된 패턴 A, A'은 그대로 튜브(300)의 외경을 반영하므로, 다음 수학식과 같이, 패턴 A, A'의 양 끝점 P, P'의 y좌표값의 차이가 그대로 튜브의 외경값이 된다. 다시 말해, 튜브(300)의 외경값은 레이저 빔(113)이 튜브에 의해 가려진 결과 형성된 분할 패턴 A, A'으로 부터 직접 얻어진다.
Figure 112005002030600-pat00001
여기서, Do와 ro는 각각 튜브(300)의 외경과 외반경을 나타낸다.
한편, 튜브(300)의 내경정보는 튜브의 내부를 지나면서 굴절되어 형성된 분할 패턴 B, B'으로부터 얻어지는데, 이 내경정보는 외경정보에 비해 상대적으로 복잡한 과정을 통해 얻어진다. 튜브의 내경정보를 추출하여 내경값을 계산하는 구체적인 과정은 다음과 같다.
먼저, 내경정보의 추출은 굴절현상에 대한 이해로부터 출발한다. 굴절률이 ni와 nt로 서로 다른 매질의 경계를 빛이 통과할 때는, 도 5에 도시된 바와 같이, 입사각 θi에 대하여 굴절각 θt를 가지고 통과하게 된다. 이때, 입사각 θi 와 굴절각 θt 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다(Snell's law).
Figure 112005002030600-pat00002
위의 굴절의 법칙에 근거하였을 때, 튜브(300)의 외반경을 ro라 하고 내반경을 ri라 하면, 패턴 B의 끝점 Q3에 투영되는 레이저 빔의 튜브로의 입사점 Q1 , 출사점 Q2, 스크린(205)에의 투영점 Q3의 각 좌표는 다음과 같이 계산된다. 이하에서, θi와 θt는 각각 레이저 빔 b가 입사점 Q1에 입사할 때의 입사각과 굴절각을 나타내고, ni와 nt는 각각 공기중에서의 굴절률(=1)과 투명한 튜브(300)에서의 굴절률을 나타낸다.
Figure 112005002030600-pat00003
Figure 112005002030600-pat00004
Figure 112005002030600-pat00005
Figure 112005002030600-pat00006
Figure 112005002030600-pat00007
한편, θi와 θt는 다음 수학식으로 표현된다.
Figure 112005002030600-pat00008
또한, ni, nt 및 L은 알려져 있는 값이고, ro는 위의 수학식 1로부터 얻어지는 값이다. 아울러, y3 값은 카메라(201)에 의해 획득된 패턴 데이터로부터 얻어지는 값이다. 따라서, 이 값들과 수학식 6을 수학식 5에 대입하여 풀면 튜브의 내반경 ri를 구할 수 있고 튜브의 내경값 Di를 구할 수 있다.
또는, 다음과 같이, 다차의 다항식으로 내반경 ri에 대한 근사식을 구성한 후, 스크린(205) 상의 투영점 Q3의 y좌표값 y3를 대입하여 내반경 ri를 구할 수도 있다. 이때, 다음 근사식에서 각 항의 계수 a0, a1,...,an들은 실제 내경을 알고 있는 시편에 대하여 교정을 실시하여 구할 수 있다.
Figure 112005002030600-pat00009
이와 같이 본 실시예에 따르면, 투명한 튜브의 외경뿐만 아니라 내경을 비접촉식으로 정확하게 구할 수 있다. 따라서, 본 실시예를 광섬유 모재의 제조공정에 적용하면 고온의 백열상태의 튜브의 외경과 내경을 수시로 또는 실시간으로 측정할 수 있어, 광섬유 모재의 제조시 길이방향으로 외경과 내경이 균일하게 되도록 공정조건을 제어할 수 있고 결과적으로 더욱 향상된 품질의 광섬유 모재를 얻을 수 있 다. 그러나, 본 발명은 광섬유 모재의 제조에만 적용되는 것은 아니고, 측정대상이 투명한 튜브나 실린더라면 어떠한 대상이라도 적용될 수 있음은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면, 투명한 튜브 또는 실린더에 광빔을 조사하여 튜브 또는 실린더에 의해 가려지고 굴절되어 형성된 광빔 패턴으로부터 튜브 또는 실린더의 정확한 외경과 내경을 함께 구할 수 있다. 따라서, 특히 광섬유 모재의 제조공정에 본 발명이 적용되는 경우 제조공정중 수시로 또는 실시간으로 광섬유 모재가 될 튜브의 내외경을 측정할 수 있어 고품질의 광섬유 모재를 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 투명한 튜브의 길이방향에 수직한 단면에 대하여 소정 각도로 기울여진 단면 직선상의 광빔을 조사하는 광빔 조사수단;
    상기 튜브를 사이에 두고 상기 광빔 조사부에 대향하여 배치되어, 상기 튜브에 의해 가려지고 굴절된 광빔의 패턴을 획득하는 패턴 획득수단; 및
    상기 패턴 획득수단에 의해 획득된 광빔의 패턴중 상기 튜브에 의해 굴절된 패턴으로부터 상기 튜브의 내경정보를 추출하고 내경을 연산하여 출력하는 연산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광빔 조사수단은,
    레이저 빔 발생기;
    상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 레이저 빔을 직선광으로 변환하는 단면 직선광 변환 광학계; 및
    상기 직선광 변환 광학계에 의해 단면 직선광으로 변환된 레이저 빔을 평행 직선광으로 변환하는 콜리메이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광빔 조사수단의 광빔 출사측에 배치된 적외선 차단필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 패턴 획득수단은,
    상기 튜브에 의해 가려지고 굴절된 광빔의 패턴이 투영되는 스크린; 및
    상기 스크린에 투영된 광빔 패턴을 촬상하는 카메라를 구비하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 패턴 획득수단의 광빔 패턴 입사측에 적외선 차단필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 스크린과 카메라의 사이에 밴드패스 필터(band pass filter)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 스크린에는 광확산 코팅이 되어 있는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 연산수단은, 부가적으로, 상기 패턴 획득수단에 의해 획득된 광빔의 패 턴중 상기 튜브에 의해 가려진 패턴으로부터 상기 튜브의 외경정보를 추출하고 외경을 연산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정장치.
  9. 투명한 튜브의 길이방향에 수직한 단면에 대하여 소정 각도로 기울여진 단면 직선상의 광빔을 상기 투명한 튜브에 조사하는 단계;
    상기 단면 직선상의 광빔이 상기 튜브에 의해 가려지고 굴절되어 형성된 광빔의 패턴을 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 광빔의 패턴으로부터 상기 튜브의 내경정보를 추출하여 내경을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 내경을 얻는 단계에서,
    상기 내경정보는 상기 획득된 광빔의 패턴중 상기 튜브에 의해 굴절된 패턴으로부터 추출하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 내경을 얻는 단계에서,
    상기 내경은, 다차의 다항식으로 표현되는 내경에 대한 근사식에 상기 굴절된 패턴의 좌표값을 대입함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 획득된 광빔의 패턴으로부터 상기 튜브의 외경정보를 추출하여 외경을 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 외경을 얻는 단계에서,
    상기 외경정보는 상기 획득된 광빔의 패턴중 상기 튜브에 의해 가려진 패턴으로부터 추출하는 것을 특징으로 하는 투명한 튜브의 내외경 측정방법.
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