KR101018000B1

KR101018000B1 - 탄성계수 측정 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101018000B1
Application number: KR1020090045750A
Authority: KR
Inventors: 구남서; 박훈철; 변도영; 김태렬; 우성충
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2011-03-02
Also published as: KR20100127348A

Abstract

본 발명은 탄성계수 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 디지털 영상 기법을 이용하여 곤충의 날개와 같은 마이크로 사이즈의 변형된 모습을 측정하고, 주사전자현미경으로 두께를 측정한 후, 탄성계수를 측정할 수 있는 탄성계수 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 탄성계수 측정 시스템에 있어서, 일정 거리에 배치된 두 개의 카메라를 통해 촬영된 시편의 영상 및 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상의 픽셀 거리로 시편의 변위를 측정하는 변위 측정부와, 주사전자현미경을 이용하여 상기 시편의 두께를 측정하는 SEM부와, 시편에 인가된 하중에 따라 측정한 변위를 변형전 시편 길이로 나눈 변형률 및 시편의 두께당 인가된 인장 하중인 응력을 출력하고, 응력을 변형률로 나누어 탄성계수를 산출하는 산출부와, 변위 측정부, SEM부 및 산출부를 중앙제어하는 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 곤충의 날개와 같은 마이크로 사이즈 시편의 변형과 두께를 측정하여 탄성계수를 측정할 수 있고, 장수풍뎅이 날개를 시뮬레이션 하는데 기초적인 데이터를 제공할 수 있는 효과가 있다.

탄성계수, 곤충 날개, 시편, 응력, 변형률

Description

탄성계수 측정 시스템 및 그 방법{System for measuring elastic modulus and the method therefor}

본 발명은 탄성계수 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 디지털 영상 기법을 이용하여 곤충의 날개와 같은 마이크로 사이즈의 변형을 측정하고, 주사전자현미경으로 두께를 측정한 후 탄성계수를 측정할 수 있는 탄성계수 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 곤충의 날개는 망상구조(skeletal network)의 단단한 시맥과 이 시맥을 연결하는 얇은 피지막(membrane)으로 구성되어 있다. 이러한 구조는 시맥을 기준으로 해서 볼록한 부분에서 오목한 부분으로 바뀌는 3차원 구조로 되어 있다.

시맥과 피지막은 표피층과 섬유층의 2층 구조로 되어 있으며 섬유층은 그 화학적 구성성분에 따라 물리적 물성이 크게 변화한다. 3차원적인 날개짓 형상은 곤충의 비행성능에 큰 영향을 미치게되며, 곤충이 비행하는 동안 날개의 변형은 대개 공기의 흐름이나 압력과 같은 외부적인 영향을 많이 받으며 날개의 구조나 물성에 좌우된다.

곤충 날개의 물성은 곤충의 비행 시뮬레이션에 있어 가장 기본적이며 중요한 데이터이다. Wainwright는 측정 방법을 제시하지 않은 채 곤충날개의 각피부분의 탄성계수가 6.1GPa라고 보고하였다.

종래, 변형률 게이지는 특정 위치의 변형률을 측정하는데 널리 사용되어왔다. 변형률 게이지는 여러 장점이 있지만 미소 크기의 개체를 측정할 때에는 몇가지 제한이 따른다. 첫째, 게이지 부착지점의 변위만 측정 가능하다. 둘째, 게이지는 습도나 온도와 같은 주변 환경의 영향을 많이 받는다. 셋째, 곤충날개와 같은 매우 얇고 마이크로 단위의 시편을 측정할 때에는 변형률 게이지의 부착이 어렵고 부착이 가능하더라도 게이지 자체의 영향이 시편의 물성에 큰 영향을 미친다. 이러한 이유로, 마이크로 단위의 시편의 변형정도를 측정하는 기술이 요구된다.

이러한, 변형률 게이지와 같은 기존의 측정방법은 곤충의 날개와 같은 마이크로 사이즈의 변형을 측정하는데 부적합한 문제점이 있다.

상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 곤충의 날개와 같은 마이크로 사이즈의 변형을 측정하고, 주사전자현미경으로 날개의 두께를 측정한 후, 탄성계수를 측정하는 탄성계수 측정 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은 미소 사이즈의 바이오 재료나 생물학적 재료의 물성을 측정하도록 하는데 있다.

한편, 탄성계수 측정방법에 있어서, (a) 중앙제어부가 일정 거리를 가지고 배치된 두 개의 카메라를 통해 촬영된 시편 영상 및 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상으로 시편의 변위를 측정하는 단계; (b) 상기 중앙제어부가 주사전자현미경을 이용하여 상기 시편의 두께를 측정하는 단계; 및 (c) 상기 시편에 인가된 하중에 따라 측정한 변위를 변형전 시편 길이로 나눈 변형률 및 상기 시편의 두께 당 인가된 인장 하중인 응력을 출력하고, 상기 응력을 변형률로 나누어 탄성계수를 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 곤충의 날개와 같은 마이크로 사이즈 시편의 변형과 두께를 측정하여 탄성계수를 측정할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 장수풍뎅이 날개를 시뮬레이션 하는데 기초적인 데이터를 제공할 수 있는 효과가 있다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탄성계수 측정 시스템을 나타내는 구성도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 탄성계수 측정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 변위 측정부(100), SEM부(200), 산출부(300), 중앙제어부(400), 디스플레이부(500)를 포함하여 구성된다.

우선, 변위 측정부(100)는 일정 거리에 배치된 두 개의 카메라를 통해 촬영된 시편의 영상 및 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상의 픽셀 거리로 인가된 인장 하중에 따른 시편의 변위를 측정한다.

본 발명의 일실시예에 따른 변위 측정부는 비접촉식 3차원 광학 측정기술인 디지털 영상 보정 기법(Digital image correlation method)을 이용하여 장수풍뎅이 날개의 일부를 채취하여 코드방향(1)과 스팬방향(2)의 미소 변위를 측정한다. 비접촉식 3차원 광학 측정은 두 대의 카메라로 물체의 표면을 찍고 두 카메라에서 찍어낸 두 사진의 픽셀사이의 거리로부터 물체 표면의 변형을 계산한다. 이때, 변위 측정부는 측정전에 교정이 반드시 이루어져야 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 장수풍뎅이 날개의 구조를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시편의 준비과정을 나타내는 도면이다.

일반적으로 수컷 장수풍뎅이가 암컷보다 더 크기 때문에 시편을 채취하기가 용이하다. 본 실시예에 따른 시편은 수컷 장수풍뎅이의 날개에서 채취하였다.

본 실시예에 따른 시편의 준비과정은 날개에서 절취한 시편을 도 3(a)에 도시된 바와 같이 종이 그립(clamp)(3)을 붙이는데, 이 종이는 시편을 보호한다. 다음으로 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 종이에 붙은 시편위에 스프레이를 이용하여 미소 입자층을 형성시킨다. 다음으로 시편의 변형을 측정하기 위해 시편의 표면에 검은 색과 흰색의 입자로 패턴이 있어야 된다. 이때 사용된 스프레이는 고운 스프레이로서 그 입자의 크기가 매우 작고 접착력도 매우 작아서 장수풍뎅이 날개 시편의 측정결과에 주는 영향은 거의 없다고 판단된다. 그리고 준비된 시편을 순간접착제로 아크릴 그립(clamp)(4)에 접착시켜 고정시킨다. 여기서 본 실시예에 따른 시편은 도 2에 도시된 바와 같이, 장수풍뎅이 날개에서 코드방향(1)과 스팬방향(2)으로 채취하여 준비하였다.

본 발명의 일실시예에 따른 변위 측정부(100)는 양 끝단을 아크릴 그립으로 접착시킨 시편의 일단에 연결되어 인장 하중을 순차적으로 가하는 미세조정 모듈(110)과, 미세조정 모듈과 마주하는 시편의 타단에 연결되어 인가된 하중을 측정하는 로드셀 모듈(120), 두 개의 CCD카메라가 일정한 거리를 가지고 배치되어 시편을 촬영하는 카메라 모듈(130), 카메라 모듈을 통해 촬영된 두 사진(두 개의 CCD카메라를 통해 촬영된 시편 영상사진)의 픽셀사이의 거리로부터 시편의 변위를 측정하는 측정제어 모듈(140), 인가된 하중 측정결과와 시편의 변위 측정결과를 출력하는 변위 출력모듈(150)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 카메라 모듈(130)은 두 개의 CCD카메라가 일정한 거리를 가지고 배치되어 인장 하중을 가하기 전의 시편과 순차적으로 인장 하중을 가한 후의 시편을 촬영함이 바람직하다.

본 실시예에 따른 미세조정 모듈(110)의 최대변위는 10mm이고, 최소 이동속도는 1㎛/s이다. 또한 본 실시예에 따른 아크릴 그립의 한 부분은 로드셀 모듈과, 다른 부분은 미세조정 모듈과 연결되어 있다. 그리고 본 실시예에 따른 로드셀은 최대측정범위가 5N인 초소형 인장압축 겸용 333FAY모델을 적용하였다.

본 발명의 일실시예에 따른 시편의 변위결과는, 도 4에 나타난 바와 같다. 도 4(a)는 하중을 가하기 전이며 변위는 0이다. 반면, 도 4(f)에서는 시편의 위와 아랫 부분의 색깔변화가 큰데 이것은 가한 힘에 의하여 변형이 발생했음을 나타낸다. 실험 결과에서 "끝단 효과(end-effect)"가 큰 것을 확인 할 수 있었는데 이는 시편자체의 크기가 매우 작고 길이와 너비의 비가 작기 때문이다. 일반적으로 인장실험에서 길이와 너비의 비가 10보다 커야하지만 장수풍뎅이 날개 크기의 제한으로 인해 본 실시예에서는 5ㅧ3 mm 크기의 시편을 이용하였고, 스팬방향의 변위는 코드방향 변위와 비교할 때 3배정도 크게 측정되었다.

다음으로 SEM부(200)는, 주사전자현미경(5)을 이용하여 시편의 두께를 측정하는 기능을 수행한다.

이러한 SEM부(200)는 주사전자현미경을 제어하는 SEM 제어모듈(210), 주사전자현미경으로부터 수신된 영상신호를 이용하여 시편의 두께를 측정하는 두께측정모듈(220), 시편의 두께 측정결과 중, 두께 평균값을 출력하는 SEM 출력모듈(230)을 포함하여 이루어진다.

마이크로 크기 시편의 경우, 미소한 두께의 오차는 물성을 계산하는데 큰 영향을 준다. 따라서 날개의 두께를 정확하게 측정하는 것은 매우 중요하다. 본 실시예에서는 날개의 피지막이 매우 얇기 때문에 주사전자현미경을 사용해서 두께를 측정하였다.

도 5는 주사전자현미경을 이용하여 측정한 장수풍뎅이 날개A부분의 측면으로 두께가 미세하게나마 균일하지 않음을 알 수 있다. 이는 상피조직이 부동함에 따라 그 두께도 가변적인 것으로 판단된다. 두께의 최저치는 3.57㎛이고, 최대치는 4.43㎛이며 그 평균치는 3.94㎛이다. 같은 방법으로 날개의 다른 부분도 측정하였는데 두께의 범위는 2.9부터 5.9㎛로 나타났다. 탄성계수를 계산할 때에는 피지막 두께의 평균값을 사용함이 바람직하다.

다음으로 산출부(300)는, SEM부를 통해 측정된 시편의 두께, 변위 측정부의 로드셀 모듈을 통해 측정된 인장 하중, 인가된 하중에 따른 시편의 변위를 이용하 여 응력, 변형률, 탄성계수를 산출하는 기능을 수행한다.

이러한 기능을 수행하는 산출부(300)는, 응력 산출모듈(310), 변형률 산출모듈(320), 탄성계수 산출모듈(330)을 포함한다.

응력 산출모듈(310)은 SEM부를 통해 측정한 시편의 두께당 인가된 인장 하중으로 정의되는 응력을 산출한다.

변형률 산출모듈(320)은 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상 및 변형전 시편 영상을 비교하여, 시편에 인가된 인장 하중에 따른 변위를 변형전 시편 길이로 나누어 변형률을 산출한다.

탄성계수 산출모듈(330)은 응력 산출모듈(310)의 응력을 변형률 산출모듈(320)의 변형률로 나누어 탄성계수를 산출한다.

여기서, 탄성계수는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서, σ는 단위 면적당 작용하는 하중으로 정의되는 응력이며, ε은 단위 길이당의 길이 변화로 정의되는 변형률이다. 응력을 계산할 때 면적은 SEM부를 통해 측정한 시편의 두께를 사용하였으며, 변형률은 도 6의 인가된 하중에 따른 변위를 변형전 시편 길이로 나누어 산출하였다.

즉, 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상과 변형전 시편 영상을 비교하여, 인가된 하중에 따른 시편의 변위를 변형전 시편 길이로 나누어 산출한다. 참 고로 탄성계수는 응력-변형률 그래프의 기울기와 같다.

그리고, 중앙제어부(400)는, 상술한 변위 측정부(100), SEM부(200), 산출부(300) 및 디스플레이부(500)를 중앙제어한다.

본 실시예에 따른 장수풍뎅이의 날개에서 절취한 시편을 코드방향으로 측정한 변위의 분포는 도 6에 도시된 바와 같다. 시편 내부에서도 변위의 분포가 약간씩 상이함을 알 수 있다. 도 6에서 d1, d2, d3은 기준선으로부터 선 1,2,3까지 거리를 나타낸다. 측정거리에 따른 변위의 편차를 확인하기 위하여 3가지 거리로 나누어 측정하였다.

본 실시예에 따른 코드방향 응력-변형률 그래프는 도 7에 도시된 바와 같다. 부하초기 기울기가 상대적으로 작은 영역인 "toe region"이 발생하였다. 탄성계수를 계산할 때 "toe region"의 데이터는 제외하였다. 도 7에 도시된 결과를 보면 5번째 스텝 후 기울기는 큰 변화없이 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 산출된 세 부분의 탄성계수는 비슷하였으며 이는 도 6에서 도시한 d1, d2, d3의 거리에 큰 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 산출된 코드방향 탄성계수는 평균값은 약 2.6GPa이었다.

본 실시예에 따른 스팬방향 응력-변형률 그래프는 도 8에 도시된 바와 같다. 스팬방향의 측정과정에서, 스프레이를 뿌린 입자층 가운데 부분에서 변위가 커지면서 입자층에서 균열이 발생하였으며 이로 인해 변위 측정부(100)는 스팬방향 시편의 변형상태를 3%이상에서는 정확하게 인식하지 못했다. 특히 line2와 line3의 경우, 변형률이 3.3%이상의 구간에서 불규칙적이다. 이것은 스프레이층에서 입자가 시편 표면으로부터 떨어지면서 시편의 변형을 정확하게 표현하지 못했기 때문이다. 하지만 균열은 입자층에서만 발생하였고 탄성계수를 계산하는 데 A영역의 데이터는 포함시키지 않았으므로 계산된 탄성계수의 값에는 큰 영향이 없다. 산출된 스팬방향 탄성계수의 평균값은 약 0.81GPa로서, 코드방향에 비해 3배가량 낮았으며, 이로부터 장수풍뎅이 날개의 물성은 피지막의 배열에 따라 이방성을 갖는다는 것을 알 수 있었다.

그리고 디스플레이부(500)는 인가된 하중 측정결과, 인가된 하중에 따른 시편의 변위, 시편의 두께 및 이들을 이용하여 산출한 응력, 변형률, 탄성계수를 중앙제어부(400)의 제어신호에 따라 디스플레이하는 기능을 수행한다.

한편, 상술한 구성으로 이루어진 탄성계수 측정 시스템을 이용한 방법(이하, '탄성계수 측정방법')에 관한 전체적인 흐름을 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 일실시예에 따른 시편을 제작하기 위해, 장수풍뎅이의 날개에서 절취한 시편을 도 3(a)에 도시된 바와 같이 종이 그립을 붙이고, 그 시편 위에 스프레이를 뿌려서 미소 입자층을 형성시킨다. 다음으로 시편의 변형을 측정하기 위해 시편의 표면에 검은 색과 흰색의 스프레이 입자로 패턴이 있어야 된다. 그리고 만들어진 시편을 순간접착제로 아크릴 그립에 접착시켜 시편을 제작한다.

그리고 앞서 제작된 시편의 아크릴 그립 일단에 인장 하중을 가하는 미세조정 모듈을 연결하고, 미세조정 모듈과 마주하는 아크릴 그립의 타단에 인장 하중을 측정하는 로드셀 모듈을 연결한다.

본 발명의 일실시예에 따른 탄성계수 측정방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 탄성계수 측정 시스템의 중앙제어부는 일정 거리를 가지고 배치된 두 개의 카메라를 통해 촬영된 시편 영상 및 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상의 픽셀 거리로, 인장 하중에 따른 시편의 변위를 변위 측정부를 통해 측정한다(S2).

다음으로, 중앙제어부는 주사전자현미경을 이용하여 시편의 두께를 SEM부를 통해 측정한다(S4).

그리고 중앙제어부는 시편에 인가된 하중에 따라 측정한 변위를 변형전 시편 길이로 나눈 변형률 및 시편의 두께당 인가된 인장 하중인 응력을 출력하고, 응력을 변형률로 나누어 탄성계수를 산출부를 통해 산출한다(S6).

여기서, 인가된 하중의 측정값, 시편에 인가된 하중에 따른 변위, 시편의 두께를 이용하여 응력-변형률의 기울기인 탄성계수를 산출한다. 응력-변형률의 기울기인 탄성계수를 설명하면, 먼저 응력은 단위 면적당 힘으로 정의되는 것으로, 면적은 SEM부로부터 시편의 두께 평균값이고, 힘은 시편에 인가된 인장 하중이다. 그리고 변형률은 하중이 인가된 시편의 변위를 변형전 시편 길이로 나누고, 이러한 응력과 변형률을 이용(응력/변형률)하여 탄성계수를 산출한다.

그리고, 중앙제어부는 시편에 인가된 하중의 측정값, 변위, 두께, 응력, 변형률 및 탄성계수를 디스플레이부를 통해 출력한다(S8). 즉, 시편에 인가된 하중의 측정값, 시편의 변위를 측정한 변위, 시편의 두께 측정결과인 두께 및 이들을 이용하여 산출한 응력, 변형률, 탄성계수를 디스플레이부로 출력한다

본 실시예에 따른 제 S2 단계의 변위 측정단계는 도 10에 도시된 바와 같이, 중앙제어부는 카메라 모듈을 통해 인장 하중을 가하기 전의 초기 시편을 촬영한다(S22).

다음으로 중앙제어부는 미세조정 모듈을 통해 순차적으로 시편에 인장 하중을 가한다(S24).

다음으로 중앙제어부는 인가된 인장 하중을 로드셀 모듈을 통해 측정하고, 카메라 모듈을 통해 인가된 인장 하중별로 시편을 촬영한다(S26).

그리고 중앙제어부는 카메라 모듈의 두 개 CCD카메라를 통해 촬영된 두 사진의 픽셀사이의 거리로부터 시편의 변위를 측정한다(S28).

본 실시예에 따른 제 S6 단계의 탄성계수 산출단계는 도 11에 도시된 바와 같이, 중앙제어부는 시편의 두께당 인가된 인장 하중으로 정의되는 응력을 산출부의 응력 산출모듈을 통해 산출한다(S32).

다음으로 중앙제어부는 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상 및 변형전 시편 영상을 비교하여, 시편에 인가된 인장 하중에 따른 변위를 변형전 시편 길이로 나누어 변형률을 산출부의 변형률 산출모듈을 통해 산출한다(S34).

그리고 중앙제어부는 제 S32 단계의 응력을 제 S34 단계의 변형률로 나누어 탄성계수를 탄성계수 산출모듈을 통해 산출한다(S36).

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없어 본 발명 에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 장수풍뎅이 날개의 구조도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시편의 준비과정을 나타내는 예시도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시편의 변위결과를 나타내는 예시도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 주사전자현미경을 이용하여 측정한 장수풍뎅이 날개A부분의 측면도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 장수풍뎅이의 날개에서 절취한 시편을 코드방향으로 측정한 변위 분포도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 코드방향 응력-변형률 그래프.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스팬방향 응력-변형률 그래프.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 탄성계수 측정방법을 나타내는 흐름도.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 변위 측정단계를 나타내는 흐름도.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 탄성계수 산출단계를 나타내는 흐름도.

<도면 부호에 대한 설명>

100 : 변위 측정부 110 : 미세조정 모듈

120 : 로드셀 모듈 130 : 카메라 모듈

140 : 측정제어 모듈 150 : 변위 출력모듈

200 : SEM부 210 : SEM 제어모듈

220 : 두께 측정모듈 230 : SEM 출력모듈

300 : 산출부 310 : 응력 산출모듈

320 : 변형률 산출모듈 330 : 탄성계수 산출모듈

400 : 중앙제어부 500 : 디스플레이부

1 : 코드방향 2 : 스팬방향

3 : 종이 그립(clamp) 4 : 아크릴 그립(clamp)

5 : 주사전자현미경

Claims

탄성계수 측정 시스템에 있어서,

일정 거리를 가지고 배치된 두 개의 카메라를 통해 촬영된 시편 영상 및 상기 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상의 픽셀 거리로 시편의 변위를 측정하는 변위 측정부(100);

주사전자현미경을 이용하여 상기 시편의 두께를 측정하는 SEM부(200);

상기 시편에 인가된 하중에 따라 측정한 변위를 변형전 시편 길이로 나눈 변형률 및 상기 시편의 두께당 인가된 인장 하중인 응력을 출력하고, 상기 응력을 변형률로 나누어 탄성계수를 산출하는 산출부(300); 및

상기 변위 측정부, SEM부 및 산출부를 중앙제어하는 중앙제어부(400); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 시편은, 표면에 흑색 또는 백색의 스프레이 입자패턴의 미소 입자층이 형성된 종이 그립이 부착되어, 시편 양끝단을 아크릴 그립으로 접착시킨 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 시편에 인가된 하중의 측정값, 변위, 두께, 응력, 변형률 및 탄성계수 를 상기 중앙제어부의 제어신호에 따라 출력하는 디스플레이부(500); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 변위 측정부(100)는,

상기 시편의 일단에 연결되어 인장 하중을 가하는 미세조정 모듈(110);

상기 미세조정 모듈과 마주하는 시편의 타단에 연결되어 인가된 하중을 측정하는 로드셀 모듈(120);

두 개의 CCD카메라가 일정한 거리를 가지고 배치되어 시편을 촬영하는 카메라 모듈(130);

상기 두 개의 CCD카메라를 통해 촬영된 시편 영상사진의 픽셀사이 거리로부터 시편의 변위를 측정하는 측정제어 모듈(140); 및

상기 인가된 하중 측정결과와 시편의 변위 측정결과를 출력하는 변위 출력모듈(150); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 SEM부(200)는,

상기 주사전자현미경을 제어하는 SEM 제어모듈(210);

상기 주사전자현미경으로부터 수신된 영상신호를 이용하여 시편의 두께를 측정하는 두께측정모듈(220); 및

상기 시편의 두께 측정결과 중, 두께의 평균값을 출력하는 SEM 출력모듈(230); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 산출부(300)는,

상기 시편의 두께당 인가된 인장 하중인 응력을 산출하는 응력 산출모듈(310);

상기 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상 및 변형전 시편 영상을 비교하여, 상기 시편에 인가된 인장 하중에 따른 변위를 변형전 시편 길이로 나누어 변형률을 산출하는 변형률 산출모듈(320); 및

상기 응력을 상기 변형률로 나누어 탄성계수를 산출하는 탄성계수 산출모듈(330); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정 시스템.
탄성계수 측정방법에 있어서,

(a) 중앙제어부가 일정 거리를 가지고 배치된 두 개의 카메라를 통해 촬영된 시편 영상 및 상기 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상의 픽셀 거리로 시편의 변위를 측정하는 단계;

(b) 상기 중앙제어부가 주사전자현미경을 이용하여 상기 시편의 두께를 측정하는 단계; 및

(c) 상기 중앙제어부가 상기 시편에 인가된 하중에 따라 측정한 변위를 변형 전 시편 길이로 나눈 변형률 및 상기 시편의 두께당 인가된 인장 하중인 응력을 출력하고, 상기 응력을 변형률로 나누어 탄성계수를 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정방법.
제 7 항에 있어서,

(d) 상기 중앙제어부가 상기 시편에 인가된 하중의 측정값, 변위, 두께, 응력, 변형률 및 탄성계수를 디스플레이부를 통해 출력하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제 (a) 단계는,

(a-1) 상기 중앙제어부가 인장 하중을 가하기 전 시편 영상을 변위 측정부를 통해 촬영하는 단계;

(a-2) 상기 중앙제어부가 상기 변위 측정부를 통해 상기 시편에 인장 하중을 가하는 단계;

(a-3) 상기 중앙제어부가 인가된 인장 하중을 변위 측정부로 측정하고, 인가된 인장 하중별로 시편을 촬영하는 단계; 및

(a-4) 상기 중앙제어부가 카메라 모듈의 두 개 CCD카메라를 통해 촬영된 두 사진의 픽셀사이의 거리로부터 시편의 변위를 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제 (c) 단계는,

(c-1) 상기 중앙제어부가 상기 시편의 두께당 인가된 인장 하중인 응력을 산출부를 통해 산출하는 단계;

(c-2) 상기 중앙제어부가 상기 시편에 인장 하중을 가한 후에 촬영된 영상 및 변형전 시편 영상을 비교하여, 상기 시편에 인가된 인장 하중에 따른 변위를 변형전 시편 길이로 나누어 변형률을 상기 산출부를 통해 산출하는 단계; 및

(c-3) 상기 중앙제어부가 상기 응력을 상기 변형률로 나누어 탄성계수를 상기 산출부를 통해 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성계수 측정방법.