KR100893933B1 - 나노섬유 웹 검사장치 및 그 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 방사된 나노섬유가 적층되어 만들어진 나노섬유 웹이 연속적으로 이송되는 이송장치와; 상기 이송장치의 이송방향과 직교되게 빛을 조사하는 광원과; 상기 광원와 이송장치 사이에 위치되며 상기 광원에 고정설치되어 상기 광원의 빛을 집광하여 조사하는 집광렌즈와; 상기 이송장치를 사이에 두고 상기 집광렌즈와 대응되게 배치되어 상기 나노섬유 웹을 투과하는 빛을 받아들이는 수광렌즈와; 상기 수광렌즈가 고정설치되고 상기 수광렌즈를 투과하는 빛을 전기신호로 변환시키는 영상입력장치를; 포함하는 나노섬유 웹 검사장치를 제공한다.
또한, 나노섬유 웹의 결점을 측정하는 나노섬유 웹 검사방법에 있어서, 집광된 빛이 불투명한 나노섬유 웹의 결점을 통과하면서 결점을 통과한 빛이 결점 이외의 부분보다 빛의 량이 증가하는 변화량을 이용하여 결정의 크기와 위치를 측정하는 나노섬유 웹 검사방법을 제공한다.
또한, 나노섬유 웹의 결점을 측정하는 나노섬유 웹 검사방법에 있어서, 집광된 빛이 불투명한 나노섬유 웹을 통과하면서 나노섬유 웹의 두께에 따라 통과하는 광량의 평균치가 변하는 것을 이용하여 나노섬유 웹의 두께를 측정하는 나노섬유 웹 검사방법을 제공한다.
이에 의하면, 제조완성된 나노섬유 웹상에서 발생할 수 있는 결점의 위치와 크기를 상기 나노섬유를 투과하는 빛의 량을 통해 분석함으로써 실시간으로 측정가능하다.
또한, 측정된 광량의 평균치를 이용하여 나노섬유의 두께를 실시간으로 측정 가능하게 된다.
나노섬유, 나노섬유 웹, 빛, 집광렌즈, 수광렌즈, 이송장치, 검사장치, 검사방법

Description

나노섬유 웹 검사장치 및 그 검사방법{TESTING APPARATUS OF NANOFIBER WEB AND TESTING METHOD THE SAME}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유 웹 검사장치를 나타낸 개략도이고,
도 2는 도 1의 집광렌즈의 형태를 나타낸 사시도이며,
도 3은 도 1의 집광렌즈에 의해 나노섬유 웹에 광원이 라인 형태로 초점이 맺힌 상태를 나타낸 평면도이며,
도 4는 도 1의 수광렌즈를 나타낸 도면이며,
도 5는 도 1의 영상입력장치에서 변환된 전기신호를 분석하여 결점부위의 광량 변화를 나타낸 그래프이며,
도 6은 도 1의 영상입력장치에서 결점이 있을 때의 변환된 전기신호를 영상으로 나타낸 평면도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
N: 나노섬유 웹 10: 이송장치
20: 광원 20a: 고휘도의 빛
30: 집광렌즈 30a: 집광
40: 수광렌즈 40a: 투과하는 빛
50: 영상입력장치 60: 중앙처리장치
70: 상하이동장치 D: 결점
본 발명은 나노섬유 웹 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조완성된 나노섬유 웹에서 발생할 수 있는 결점의 크기와 위치 및 적층 두께를 실시간으로 측정가능하도록 한 나노섬유 웹 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것이다.
일반적으로 나노섬유(Nano Fiber)의 방사 방법에는 용융 방사, 건식 방사, 습식 방사, 건습식 방사, 전기 방사 등 다양한 공정이 있다.
이 중 전기 방사 공정은 최근 다양한 고분자 용액을 사용하여 높은 비표면적을 갖는 초미세 섬유를 생산할 수 있음으로 인해 필터나 분리막의 최적 공정으로 주목받고 있다.
이하, 상기한 전기 방사 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
전기 방사 공정에서, 나노섬유의 웹(Web)은 고압력에 의해 집속 벨트 위로 낙하하면서 고전압에 노출되어 세섬화된 후 용매는 증발되고 섬유화된다. 전형적으로, 웹은 세섬화된 섬유들의 접촉에 의해 형성되며, 시간의 경과에 따라 여러 층으로 평행 적층된 두꺼운 웹을 형성하게 된다.
그러나 이러한 전기 방사 공정으로 완성된 나노섬유 웹에는 용매가 완전히 증발하지 못하고 낙하하여 발생되는 천공된 결점(Defect)들이 다수 존재하는 문제가 있다.
이러한 상기 결점은 나노섬유 웹의 투과 및 여과 성능에 악영향을 미치는 것으로 제조완성된 상기 나노섬유 웹의 결점들을 검사 및 분석하여 생산 공정을 제어할 필요성이 대두되고 있다.
한편, 전술한 전기 방사 공정은 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명의 나노섬유 웹은 용융 방사, 건식 방사, 습식 방사, 건습식 방사 등 다양한 공정에 의하여 제조될 수 있으며 전기 방사 공정에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 제조완성된 나노섬유 웹의 결점 존재 여부와 그 크기 및 두께를 실시간으로 측정하여 고품질의 나노섬유 웹을 제조할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 방사된 나노섬유가 적층되어 만들어진 나노섬유 웹이 연속적으로 이송되는 이송장치와; 상기 이송장치의 이송방향과 직교되게 빛을 조사하는 광원과; 상기 광원와 이송장치 사이에 위치되며 상기 광원에 고정설치되어 상기 광원의 빛을 집광하여 조사하는 집광렌즈와; 상기 이송장치를 사이에 두고 상기 집광렌즈와 대응되게 배치되어 상기 나노섬유 웹을 투과하는 빛을 받아들이는 수광렌즈와; 상기 수광렌즈가 고정설치되고 상기 수광렌즈를 투과하는 빛을 전기신호로 변환시키는 영상입력장치를; 포함하는 나노섬유 웹 검사장치 를 제공한다.
또한, 나노섬유 웹의 결점을 측정하는 나노섬유 웹 검사방법에 있어서, 집광된 빛이 불투명한 나노섬유 웹의 결점을 통과하면서 결점을 통과한 빛이 결점 이외의 부분보다 빛의 량이 증가하는 변화량을 이용하여 결정의 크기와 위치를 측정하는 나노섬유 웹 검사방법을 제공한다.
또한, 나노섬유 웹의 결점을 측정하는 나노섬유 웹 검사방법에 있어서, 집광된 빛이 불투명한 나노섬유 웹을 통과하면서 나노섬유 웹의 두께에 따라 통과하는 광량의 평균치가 변하는 것을 이용하여 나노섬유 웹의 두께를 측정하는 나노섬유 웹 검사방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 웹 검사장치에 대해 상세하게 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유 웹 검사장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 집광렌즈의 형태를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 집광렌즈에 의해 나노섬유 웹에 광원이 라인 형태로 초점이 맺힌 상태를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 1의 수광렌즈를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 1의 영상입력장치에서 변환된 전기신호를 분석하여 결점부위의 광량 변화를 나타낸 그래프이며, 도 6은 도 1의 영상입력장치에서 결점이 있을 때의 변환된 전기신호를 영상으로 나타낸 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 나노섬유 웹 검사장치는 방사된 나노섬유가 적층되어 제조완성된 나노섬유 웹(N)과, 상기 나노섬유 웹(N)이 연속적으로 이송되는 이송장치(10)와; 상기 이송장치(10)의 이송방향과 직교되게 고휘도의 빛(20a)을 조사하는 광원(20)과; 상기 광원(20)과 이송장치(10) 사이에 위치하도록 상기 광원(20)에 고정설치되고 상기 광원(20)의 빛(20a)이 집광(30a)되어 조사되는 집광렌즈(30)와; 상기 이송장치(10)를 사이에 두고 상기 집광렌즈(30)와 대응되게 배치되어 상기 나노섬유 웹(N)을 투과하는 빛(30b)을 받아들이는 수광렌즈(40)와; 상기 수광렌즈(40)가 고정설치되고 상기 수광렌즈(40)를 투과하는 빛(40a)을 전기신호로 변환시키는 영상입력장치(50)와; 상기 영상입력장치(50)의 전기신호를 분석하고 나노섬유 웹의 생산 공정을 제어하도록 설치되는 중앙처리장치(60)를; 포함한다.
상기 이송장치(10)는 적층된 나노섬유 웹(N)으로 빛이 관통되도록 투명한 판상 재질로 형성되거나, 또는 나노섬유 웹(N)이 감져진 상태로 정속 이송되도록 하는 컨베이어, 리니어 모터 등의 설비인 것을 특징으로 한다.
상기 광원(20)은 상기 이송장치(10)의 하부에 설치되며, 고휘도의 빛을 발하는 할로겐 램프(Halogen Lamp)나 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 구비된 장치이다.
상기 집광렌즈(30)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 수직 단면이 볼록렌즈 형태이고, 수평 단면이 평면 형태를 갖는 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)로서 상기 광원(20)의 빛(20a)이 집광(30a)되어 라인(Line) 형태로 조사되도록 설치된다.
상기 광원(20)의 일측에는 상기 집광렌즈(30)에 의해 집광(30a)되는 초점을 조절하도록 상기 이송장치(10)의 판면방향을 기준으로 상,하 이동되는 상하이동장치(70)가 설치된다.
상기 수광렌즈(40)는 상기 나노섬유 웹(N)을 투과하여 산란되는 빛(30b)을 모아서 상기 영상입력장치(50)로 입력하도록 구비된다.
도 4는 상기 수광렌즈(40)의 일례를 도시한 것으로 다군렌즈를 나타내고 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고 상황에 따라서는 비구면렌즈가 선택적으로 사용될 수도 있다.
상기 영상입력장치(50)는 CCD 카메라로서 상기 수광렌즈(40)를 투과하는 빛(40a)의 량을 전기신호로 변환하고 이를 상기 중앙처리장치(60)로 전송함으로써 결점의 크기와 위치 및 나노섬유 웹(N)의 두께를 실시간으로 측정이 가능하게 된다. 또한, 상기 영상입력장치(50)는, 상기 집광렌즈(30)의 의해 라인 형태로 조사되는 빛에 상응하도록 라인 CCD 카메라로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 상기 영상입력장치(50)의 일측에도 상기 광원(20)의 상하이동장치(70)와 동일하게 상기 이송장치(10)의 판면방향을 기준으로 상,하 이동되는 상하이동장치(70)가 설치되어 조절이 가능함으로써 분석의 신뢰성을 높일 수 있다.
이하, 전술한 바와 같이 구성되는 나노섬유 웹 검사장치의 검사방법에 대해 살펴본다.
나노섬유 웹(N)이 이송되는 이송장치(10)의 일측으로 광원(20)으로부터 조사되는 고휘도의 빛(20a)이 집광렌즈(30)를 통하여 집광(30a)되어 투과됨과 아울러 상기 나노섬유 웹(N)을 투과한다.
이때, 상기 집광렌즈(30)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 수직 단면이 볼록렌즈 형태이고, 수평 단면이 평면 형태를 갖는 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)로서 상기 광원(20)의 빛(20a)이 집광(30a)되어 라인(Line) 형태로 조사되도록 설치되었기 때문에, 상기 집광(30a)된 빛은 라인 형태로 조사된다.
투과된 빛(30b)은 상기 수광렌즈(40)를 투과하면서 빛(40a)이 모여지고 영상입력장치(50)로 입력된다.
상기 영상입력장치(50)는 입력된 빛의 량을 전기신호로 변환시킴으로써 도 5에 도시된 바와 같이 상기 나노섬유 웹(N)의 결점(D)을 정확히 파악할 수가 있게 된다.
즉, 중앙처리장치(60)는 상기 영상입력장치(50)의 전기신호를 분석하게 되는데 나노섬유 웹(N) 상에 결점(D)이 있는 곳은 빛의 량이 급격히 증가함을 알 수 있고, 그 결점(D)의 크기와 위치가 도 6에 도시된 바와 같이 영상으로 출력가능하게 된다.
또한, 측정된 광량의 평균치를 통하여 상기 나노섬유 웹(N)의 두께가 실시간으로 측정가능한바, 도 5에 도시된 광량의 평균치를 산출하여 기준으로 했을 경우, 그 이하의 광량 평균치는 상기 나노섬유 웹(N)의 적층 두께가 그보다 얇은 것으로 판단할 수 있으며, 광량 평균치가 그 이상일 경우는 상기 나노섬유 웹(N)의 적층 두께가 더 두꺼운 것임을 사용자가 용이하게 판단할 수 있게 된다.
즉, 상기 광원(20)의 빛이 실린더리컬 렌즈에 의해 집광되어 라인형태로 조사됨으로써, 노이즈 발생이 극소화되며, 고속으로 상기 나노섬유 웹(N)을 검사할 수 있으며, 상기 결점(D)이 있는 부분과 결점(D)이 없는 부분의 명암대비가 커져서 정밀하게 결점의 위치를 측정할 수 있는 이점이 있습니다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 제조완성된 나노섬유 웹상에서 발생할 수 있는 결점의 위치와 크기를 상기 나노섬유 웹을 투과하는 빛의 위치와 량을 통해 분석함으로써 실시간으로 측정가능하다.
또한, 측정된 광량의 평균치를 이용하여 나노섬유 웹의 두께를 실시간으로 측정 가능하게 된다.

Claims (9)

  1. 방사된 나노섬유가 적층되어 만들어진 나노섬유 웹이 연속적으로 이송되는 이송장치;
    상기 이송장치의 이송방향과 직교되게 빛을 조사하는 광원;
    상기 광원와 이송장치 사이에 위치되며 상기 광원에 고정설치되어 상기 광원의 빛을 집광하여 조사하는 집광렌즈;
    상기 이송장치를 사이에 두고 상기 집광렌즈와 대응되게 배치되어 상기 나노섬유 웹을 투과하는 빛을 받아들이는 수광렌즈; 및
    상기 수광렌즈가 고정설치되고 상기 수광렌즈를 투과하는 빛을 전기신호로 변환시키는 영상입력장치를 포함하며,
    상기 집광렌즈는,
    수직 단면이 볼목렌즈 형태이고, 수평 단면이 평면 형태를 갖는 실린더리컬 렌즈로서 집광된 빛이 라인 형태로 조사되게 설치되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 영상입력장치의 전기신호를 분석하고 나노섬유 웹의 생산라인을 제어하도록 설치되는 중앙처리장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광원을 상기 이송장치의 판면방향을 기준으로 상,하 이동시키는 상하이 동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 영상입력장치를 상기 이송장치의 판면방향을 기준으로 상,하 이동시키는 상하이동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광원은,
    할로겐 램프나 발광다이오드 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 수광렌즈는,
    구면렌즈의 조합으로 구성된 다군렌즈나 비구면렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사장치.
  8. 나노섬유 웹의 결점을 측정하는 나노섬유 웹 검사방법에 있어서,
    집광된 빛이 불투명한 나노섬유 웹의 결점을 통과하면서 결점을 통과한 빛이 결점 이외의 부분보다 빛의 량이 증가하는 변화량을 이용하여 결정의 크기와 위치를 측정하되,
    상기 집광된 빛은 라인 형태로 조사되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사방법.
  9. 나노섬유 웹의 결점을 측정하는 나노섬유 웹 검사방법에 있어서,
    집광된 빛이 불투명한 나노섬유 웹을 통과하면서 나노섬유 웹의 두께에 따라 통과하는 광량의 평균치가 변하는 것을 이용하여 나노섬유 웹의 두께를 측정하되,
    상기 집광된 빛은 라인 형태로 조사되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 검사방법.
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