KR101326655B1 - 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치 - Google Patents

전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용하여 피검사체에 대한 가열이 고르게 이루어지도록 함으로써, 측정 대상의 부품에 대한 결함 부위를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 적외선 열화상을 이용한 부품 결함 측정 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 전도 및 근접복사열 가열수단이 배면에 직접 장착되고 피검사체가 정면에 부착 고정되는 방열판과, 전도 및 근접복사열 가열수단의 온도 제어 및 방열판의 각도 제어를 위한 제어반 등을 포함하는 구성을 통하여, 측정 대상의 부품에 대한 결함 부위를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치{A measuring device for component defects by infrared thermal image and heat conduction and radiation}
본 발명은 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용하여 피검사체에 대한 가열이 고르게 이루어지도록 함으로써, 측정 대상의 부품에 대한 결함 부위를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 적외선 열화상을 이용한 부품 결함 측정 장치에 관한 것이다.
최근 적외선 열화상(infrared thermography)을 이용한 피검체의 결함을 검사하는 기술이 개발되어 다양한 산업분야에 활용되고 있다.
즉, 피검체(예를 들어, PCB 종류의 회로부품, 복합재료, 금속재, 코팅막 등)에 존재하는 결함부에서의 온도분포변화 또는 위상변화가 발생하게 되면, 이때의 온도분포변화 또는 위상변화를 적외선 열화상 카메라로 측정하여 피검체의 결함을 탐지하는 광-적외선 열화상 비파괴 검사기술이 개발되어 다양한 산업분야에 활용되고 있다.
종래의 적외선 열화상을 이용한 피검체의 결함을 검사하는 방법을 첨부한 도 7을 참조로 살펴보면 다음과 같다.
피검체(34)의 정면으로부터 비스듬하게 일정거리 떨어진 위치에 가열 열원(10)인 가열용 램프(38)가 배치되고, 또한 피검체의 정면으로부터 일직선으로 일정거리 떨어진 위치에 적외선 열화상 카메라(32)가 배치된 상태에서 가열 열원(10)에 의하여 피검체(34)가 가열된다.
이때, 상기 적외선 열화상 카메라(32)에서 촬영된 열화상 이미지가 컴퓨터(36)로 전송되는 동시에 촬영된 열화상 이미지에 대한 리얼 타임 이미지 프로세싱이 진행된 후, 온도분포변화 또는 위상변화에 따른 피검체의 결함 크기 및 위치가 표시수단에 디스플레이된다.
이러한 종래의 광-적외선 열화상 비파괴 검사기술에 대한 원리를 좀 더 구체적으로 설명하면, 할로겐 램프와 같은 가열용 열원으로 피검체를 가열하면 피검체의 결함부와 건전부의 열용량 차이로 인하여 결함부에서 온도차가 나타나게 되고, 이 온도변화를 적외선 카메라의 적외선 화상으로 표현함으로서, 사람이 결함부의 유무를 시각적으로 판단하게 되고, 또는 위상잠금(lock-in), FFT 등의 신호처리 기술을 적용하여 위상을 계산하여 피검체의 결함 유무를 판단하게 된다.
그러나, 종래의 적외선 열화상 비파괴 검사 기법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 검사할 피검체(시험편)에 적외선을 복사시키면 잔류 열이 시험편에 분포되거나 공기중으로 방출하면서 열전달 현상이 나타나는데, 이 현상을 관찰해보면 결함이 있는 부분은 정상적인 부분에 비해 열전달 현상이 다르게 나타나는 특징을 가지고 있고, 피검체의 결함부와 건전부 간의 온도차이 발생은 가열 또는 냉각 속도의 차이로 나타나는 현상이지만, 이때의 온도차이 발생은 주변온도, 풍속, 표면상태에 따라서도 다르게 나타나게 되므로, 결함부에 대한 검출가능성이 환경에 따라 좌우되어 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.
둘째, 가열 열원으로 사용하는 적외선 광은 광원의 렌즈 특성상 시험편에 도달하는 중앙부와 가장자리의 광량이 다르고, 특히 가열 열원으로 사용되는 적외선 광원 램프가 비스듬하게 배치됨에 따라 시험편의 전체 표면에 광량이 균일하게 도달하지 않아, 시험편에 대한 가열시 균일하게 열 분포가 이루어지지 않게 되므로, 결국 시험편의 전체 면적에 걸쳐 어떤 부분에 결함부가 존재하는지를 정확하게 측정하는데 어려운 문제점이 있다.
셋째, 가열 열원 즉, 광원과 시험편 사이의 공기 온도에 영향을 받을 수 있어 시험 조건에 따라 결과가 다르게 나타나게 되므로, 정량적 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전도 및 근접복사열 가열수단이 배면에 직접 장착되고 피검사체가 정면에 부착 고정되는 방열판과, 전도 및 근접복사열 가열수단의 온도 제어 및 방열판의 각도 제어를 위한 제어반 등을 포함하는 구성을 통하여, 측정 대상의 부품에 대한 결함 부위를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 피검사체가 정면에 분리 가능하게 부착되는 방열판과; 상기 방열판의 배면에 직접 밀착 장착되어 방열판 및 피검사체에 균일한 열 분포를 제공하는 전도 및 근접복사열 가열수단과; 상기 전도 및 근접복사열 가열수단의 온도를 제어하는 동시에 방열판의 각도을 제어하는 제어수단; 으로 구성되고, 상기 제어수단의 상면에서 앞쪽끝에 방열판의 하단이 각회전 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치를 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 방열판의 테두리 영역 또는 전체 면적에 걸쳐 피검사체를 고정시키기 위한 다수의 조립홀이 등간격으로 형성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 전도 및 근접복사열 가열수단은 방열판의 배면 전체 면적에 걸쳐 밀착 배열되는 다수의 열선 내장형 스트립으로 채택된 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어수단은: 전도 및 근접복사열 가열수단의 온도 제어를 위한 온도 조절 버튼과, 방열판의 각도 제어를 위한 각도 조절 버튼과, 온도 조절 범위 및 각도 조절 범위를 설정할 수 있는 상황 설정값 조절 버튼과, 상황값들을 디스플레이하는 액정화면이 조합된 제어패널과; 제어패널을 통해 입력된 신호를 기반으로 가열 열원 및 방열판의 각회전 구동수단을 제어하는 제어기와; 제어기가 내부에 고정 장착되고, 정면에 제어패널이 부착되는 하우징; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어반의 제어패널에는 적외선 카메라 동기화용 연결단자 및 PC 연결단자가 더 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 방열판의 배면에 전도 및 근접복사열 가열수단을 직접 장착하여, 방열판의 전체 면적에 걸쳐 고른 가열이 이루어질 수 있도록 함으로써, 방열판의 정면에 분리 가능하게 장착된 피검사체(예를 들어, 회로부품, PCB 등)의 균일하게 열 분포를 유도할 수 있다.
이렇게 피검사체에 대한 균일한 열 분포를 실현함에 따라, 적외선 열화상 카메라에 의한 피검사체의 결함 부위 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.
또한, 기존에는 가열 열원과 피검사체 사이에 존재하는 공기 및 주변 온도에 영향을 받아 정량적 측정이 어려운 점이 있었지만, 가열 열원인 전도 및 근접복사열 가열수단과 방열판의 피검사체 사이에 별도의 공간이 존재하지 않으므로, 공기 및 주변 온도의 영향없이 정량적인 측정이 가능한 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치를 나타내는 사시도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치를 나타내는 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치를 나타내는 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치의 PCB 촬영 이미지,
도 7은 종래의 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치를 나타내는 블럭도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용하여 피검사체에 대한 균일한 열 분포를 실현함과 더불어 적외선 열화상 카메라에 의한 피검사체의 결함 부위 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 피검사체(예를 들어, 회로부품, PCB 등)의 균일한 열 분포를 실현하기 위하여 정면에 피검사체가 분리 가능하게 부착되는 방열판(10)이 구비되고, 이 방열판(10)의 배면에는 전도 및 근접복사열 가열수단(12)이 직접 밀착되며 장착된다.
상기 방열판(10)은 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 작동시 전도 및 근접복사열을 받아서 고르게 가열될 수 있는 금속 재질의 얇은 판상으로 만들어진 것으로서, 방열판(10)의 테두리 영역 또는 전체 면적에 걸쳐 피검사체를 고정시키기 위한 다수의 조립홀(14)이 등간격을 이루며 관통 형성된다.
상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)은 방열판(10)의 배면에 직접 밀착 장착되는 것으로서, 전류 인가와 함께 가열되면서 방열판(10)에 전도 및 근접 복사열을 제공하는 역할을 한다.
바람직하게는, 상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)은 길다란 스트립내에 열선이 내장된 열선 내장형 스트립(16)으로 채택되고, 이렇게 채택된 열선 내장형 스트립(16)은 방열판(10)의 배면에 좌우방향을 따라 밀착 배열된다.
보다 상세하게는, 상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)으로 채택된 다수의 열선 내장형 스트립(16)이 방열판의 배면 전체 면적에 걸쳐 서로 밀착되며 부착됨으로써, 방열판(10)에 대한 고른 가열이 이루어질 수 있다.
이렇게 방열판(10)이 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 전도 및 근접복사열에 의하여 고르게 가열됨에 따라, 방열판(10)의 정면에 부착된 피검사체에 균일한 가열에 따른 균일한 열 분포가 이루어지게 된다.
한편, 본 발명에 따르면 상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도를 조절하는 동시에 방열판(10)의 각도을 조절하는 제어수단(20)을 포함하고, 특히 방열판(10)의 하단이 제어수단(20)의 상면에서 앞쪽끝에 각회전 가능하게 연결된다.
상기 제어수단(20)은 방열판(10)의 각도를 적외선 열화상 카메라가 주시하는 각도대로 조절하는 동시에 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 가열 온도 및 범위를 조절하는 수단으로서, 소정 체적의 하우징(27)을 골격으로 한다.
상기 제어수단(20)의 일 구성인 하우징(27)의 상면에서 그 앞단부에 방열판(10)의 하단이 힌지로 체결되어, 방열판(10)이 수직 또는 수평방향으로 각회전 가능한 상태가 된다.
이때, 상기 하우징(27)의 정면에는 제어패널(25)이 장착되는데, 이 제어패널(25)에는 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도 제어를 위한 온도 조절 버튼(21)과, 방열판(10)의 각도 제어를 위한 각도 조절 버튼(22)과, 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도 조절 범위 및 방열판(10)의 각도 조절 범위를 설정할 수 있는 상황 설정값 조절 버튼(23)과, 각 상황값들을 디스플레이하는 액정화면(24)이 소정의 배열을 이루며 장착된다.
또한, 상기 제어패널(25)의 각 버튼을 통해 입력된 신호를 기반으로 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도 및 방열판(10)의 각도를 제어하기 위한 제어기(26)가 하우징(27)내에 내장된다.
또한, 상기 제어수단(20)의 제어패널(25)에는 적외선 카메라를 연결하기 위한 적외선 카메라 동기화용 연결단자(28) 및 PC를 연결하기 위한 PC 연결단자(29)가 장착된다.
한편, 상기 방열판(10)의 배치 각도를 수평면(0°)을 기준으로 0°~ 90°로 조절하기 위한 구동수단의 일례로서, 하우징(27)내에 정역모터를 장착하는 동시에 정역모터의 출력축에 제자리 회전 가능한 스크류을 연결하고, 스크류에 이송블럭을 전후진 가능하게 삽입함과 더불어, 이송블럭과 방열판의 측단부 간을 링크바(30)로 연결시킨 구조를 적용할 수 있으며, 그 밖에 방열판(10)의 힌지 중심점에 직접 정역모터의 출력축을 연결하여 모터의 구동 회전각 제어를 통한 방열판(10)의 배치 각도를 조절할 수 있다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치에 대한 사용 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 피검사체(34: 예를 들어, 회로부품, PCB 등)를 방열판(10)의 정면에 조립하여 고정시킨다.
예를 들어, 피검사체(34)가 PCB(Printed Circuit Board)인 경우에는 PCB에 형성된 핀홀을 방열판(10)에 형성된 조립홀(14)과 일치시킨 다음, 통상의 체결수단(클립, 와이어, 클램프, 볼트 및 너트 등)을 삽입 체결함으로써, 방열판(10)의 정면에 피검사체(34)가 고정된다.
또한, 상기 제어수단(20)의 제어패널(25)의 적외선 카메라 동기화용 연결단자(28)에 적외선 카메라(32)를 연결하고, PC 연결단자(29)에 PC(36)를 연결시킨다.
물론, 상기 적외선 카메라(32)는 방열판(10)으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 배치되고, 적외선 카메라와 PC는 신호 교환 가능하게 연결된다.
이때, 상기 제어패널(25)의 온도 조절 버튼(21)을 조작하여 전도 및 근접복사열 가열수단(12)인 다수의 열선 내장형 스트립(16)에 대한 온도를 원하는 수준으로 가감 조절하고, 또한 방열판(10)의 각도 제어를 위한 각도 조절 버튼(22)을 조작하여 방열판(10)의 각도를 조절하여 방열판(10)의 정면과 적외선 카메라(32)가 일직선상에 놓이도록 한다.
한편, 상기 제어패널(25)의 상황 설정값 조절 버튼(23)을 조작하여 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도 조절 범위 및 방열판(10)의 각도 조절 범위를 설정할 수 있다.
이와 같은 셋팅 상태에서, 다수의 열선 내장형 스트립(16)이 설정 온도로 가열되는 동시에 가열시 열이 전도 및 복사에 의하여 방열판(10)으로 전달되는 바, 가열 열원인 전도 및 근접복사열 가열수단(12)과 방열판(10) 사이에 별도의 공간이 존재하지 않으므로, 공기 및 주변 온도의 영향없이 전도 및 복사열이 방열판(10)에 신속하면서도 고르게 전달된다.
연이어, 상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)으로부터 전도 및 복사된 열이 방열판(10)에 전달됨에 따라 방열판(10)이 가열되고, 방열판(10)의 정면에 부착된 피검사체(34)도 가열되는 바, 방열판(10)의 전체 면적이 이미 고르게 가열된 상태이므로 피검사체(34)로 전체 면적에 걸쳐 고르게 가열된다.
이때, 상기 피검체(34)가 부착된 방열판(10)의 정면으로부터 일직선을 이루며 배치된 적외선 열화상 카메라(32)의 촬영이 시작된다.
이어서, 상기 적외선 열화상 카메라(12)에서 촬영된 열화상 이미지가 컴퓨터(36)로 전송되는 동시에 촬영된 열화상 이미지에 대한 리얼 타임 이미지 프로세싱이 진행된 후, 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이 피검체(34)의 온도분포변화 또는 위상변화가 표시수단에 디스플레이된다.
이와 같이, 상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)을 이용하여 피검사체(34)에 대한 균일한 열 분포를 실현함에 따라, 적외선 열화상 카메라에 의한 피검사체의 결함 부위 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.
10 : 방열판 12 : 근접복사열 가열수단
14 : 조립홀 16 : 열선 내장형 스트립
20 : 제어수단 21 : 온도 조절 버튼
22 : 각도 조절 버튼 23 : 상황 설정값 조절 버튼
24 : 액정화면 25 : 제어패널
26 : 제어기 27 : 하우징
28 : 적외선 카메라 동기화용 연결단자
29 : PC 연결단자 30 : 링크바
32 : 적외선 열화상 카메라 34 : 피검사체
36 : PC 38 : 가열용 램프

Claims (5)

  1. 피검사체(34)가 정면에 분리 가능하게 부착되는 방열판(10);
    상기 방열판(10)의 배면에 직접 밀착 장착되어 방열판(10) 및 피검사체(34)에 균일한 열 분포를 제공하는 전도 및 근접복사열 가열수단(12);
    상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도를 제어하는 동시에 방열판(10)의 각도을 제어하는 제어수단(20);
    으로 구성되어, 상기 제어수단(20)의 상면에서 앞쪽끝에 방열판(10)의 하단이 각회전 가능하게 연결되고,
    상기 방열판(10)의 테두리 영역 또는 전체 면적에 걸쳐 피검사체(34)를 고정시키기 위한 다수의 조립홀(14)이 등간격으로 형성되어, 피검사체(34)에 형성된 핀홀을 방열판(10)에 형성된 조립홀(14)에 일치시킨 다음 볼트 및 너트로 체결하여, 방열판 정면에 피검사체를 고정하고,
    상기 전도 및 근접복사열 가열수단(12)은 방열판(10)의 배면에 직접 장착되는 것으로서, 방열판 배면 전체 면적에 걸쳐 밀착 배열되는 다수의 열선 내장형 스트립(16)으로 채택되는 동시에 상기 열선 내장형 스트립(16)은 방열판 배면에 좌우방향을 따라 밀착 배열되어, 방열판(10)에 대한 고른 가열이 이루어질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(20)은:
    전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도 제어를 위한 온도 조절 버튼(21)과, 방열판(10)의 각도 제어를 위한 각도 조절 버튼(22)과, 온도 조절 범위 및 각도 조절 범위를 설정할 수 있는 상황 설정값 조절 버튼(23)과, 상황값들을 디스플레이하는 액정화면(24)이 조합된 제어패널(25)과;
    제어패널(25)을 통해 입력된 신호를 기반으로 전도 및 근접복사열 가열수단(12)의 온도 및 방열판(10)의 각도를 제어하는 제어기(26)와;
    제어기(26)가 내부에 고정 장착되고, 정면에 제어패널(25)이 부착되는 하우징(27);
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(20)의 제어패널(25)에는 적외선 카메라 동기화용 연결단자(28) 및 PC 연결단자(29)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치.
KR1020120020699A 2012-02-29 2012-02-29 전도 및 근접복사열 가열수단을 이용한 적외선 열화상 부품 결함 측정 장치 KR101326655B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003344294A (ja) * 2002-05-30 2003-12-03 Olympus Optical Co Ltd 基板保持装置
JP2009244144A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Kyushu Nogeden:Kk 赤外線検出による被検体用台及びそれを用いた被検体欠陥部等の赤外線検査方法
KR20110084988A (ko) * 2008-11-12 2011-07-26 벤타나 메디컬 시스템즈, 인코포레이티드 시료 운반 슬라이드를 가열하기 위한 방법 및 장치

Patent Citations (3)

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