KR101543411B1 - 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코어의 자기장 세기를 조절할 수 있도록 하여, 자기이력 특성에 기인한 오류 발생 가능성을 최소화하여 고감도 측정을 가능하게 하고, 코팅막 두께 측정을 위한 위치 제한이 없는 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서,
상기 코팅막 두께 측정 장치는, 영구자석이 구비되어 자기력을 제공하는 영구자석부; 상기 영구자석부에 의해 자화되어 자속 경로를 형성하는 코어를 구비한 코어부; 및 상기 코어부의 단부에 구비된 홀센서에 의해 측정대상물의 자화에 의해 변화된 자기장을 검출한 후 상기 측정대상물의 코팅막의 두께를 산출해내는 센서부;를 포함하여, 상기 영구자석과 상기 코어의 간격이 가변되도록 구성되는 것에 의해,
코어부의 자기력을 조정할 수 있도록 하는 것에 의해 좋은 감도를 가지는 자기장 영역에서 코팅막의 두께를 정확하고, 재현성을 가지며 신뢰할 수 있도록 측정하는 것을 특징으로 한다.

Description

코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING COATING LAYER THICKNESS AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 코팅막 두께 측정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 코어의 자기장 세기를 조절할 수 있도록 하여, 자기이력 특성에 기인한 오류 발생 가능성을 최소화시켜 고감도 측정을 가능하게 하고, 코팅막 두께 측정을 위한 위치 제한이 없는 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 코팅막(도막(塗幕))측정기는 자성(磁性:Ferrous)/비자성(非磁性:Nonferrous)의 금속 기판(基板=Base)위에 코팅, 페인트, 락카 등의 코팅막의 두께를 측정하는데 기판(基板)의 성질에 따라 계측기는 자기유도방식(Magnetic induction)과 와류방식(Eddy current)으로 대략 분류할 수가 있다.
상기 자기유도방식의 측정원리는 코어의 구동전류 인가 권선 또는 영구자석 과 측정용 권선 또는 홀센서를 구비하여 구동전류 또는 자력을 인가하면, 측정대상 자성체 기판이 자화되는 때에 측정용 권선 또는 홀센서의 유도신호가 코팅막 두께에 따라 변하는 것을 이용하여 코팅막의 두께를 측정한다.
그리고 상기 와류방식의 측정원리는 코어에 감진 권선에 고주파 정전류를 구동전류로 인가하면 비철금속판에 와전류가 형성되어 권선에 걸리게 되어 권선에 걸리는 측정신호가 코팅막의 두께에 따라 반비례하여 검출되는 되는 것을 이용하여 코팅막의 두께를 측정한다.
또한, 이외에도 대한민국 공개특허공보 제2008-0011267호에는 자기유도/와류형 겸용 도막측정기를 개시하고 있다. 대한민국 등록특허공보 제10-0415922호에는 측정대상 물체의 코팅막 두께에 따른 자기유도센서의 출력전압값 변화에 대한 룩업 테이블을 작성하고, 두 개의 두께를 알고 있는 표준시료를 사용하여 상기 룩업 테이블을 보정한 후, 이 보정된 룩업 테이블을 통해 최종적인 코팅층 두께를 계산하는 자기유도센서를 이용한 비자성물질 코팅층 두께 측정 방법을 개시하고 있다. 대한민국 등록특허공보 제10-0912716호에는 사용빈도가 높은 피측정체인 기판의 캘리브레이션을 측정기 제조사 등에서 정밀하게 구하여 웹페이지 게시 또는 이동저장장치 등에 저장하여 세계 어느 곳에서도 캘리브레이션 자료를 쉽게 구할 수 있도록 하는 비파괴 도막 두께 측정기의 캘리브레이션 이식 방법을 개시하고 있다. 대한민국 등록특허 제10-1185003호에는 와전류변위 센서를 이용하여 도막두께를 균일하게 코팅할 수 있도록 하기 위한 도막두께 측정장치를 개시하고 있다.
그러나 상술한 종래기술의 경우, 영구자석과 코어간의 거리가 고정되어 있고,영구자석과 센서간의 거리가 가까워, 측정 대상체의 온도 등에 의해, 온도에 민감한 센서가 자기 포화되거나, 자기력의 가변 시의 자기 이력 특성에 의한 영향 등의 이유로 인해 오류 발생 가능성이 높아지는 문제점을 가진다.
또한, 상술한 종래기술의 경우 영구자석과 코어간의 거리가 고정되어 있어, 코어 자기력의 보정이 불가능하고, 이에 따라 자기력 보정을 위한 부가 장치를 구비해야 하는 문제점을 가진다.
또한, 상술한 종래기술의 경우 고감도 측정을 위해 증폭기를 활용하여야 하고, 증폭기의 추가에 따라 이득이 커져 소비전력이 증가하는 문제점을 가진다.
또한, 상술한 종래기술의 경우 코팅막 두께 측정기의 구조상 측정 대상물의 전체 표면 영역에서의 코팅막 두께 측정이 어려워지는 문제점을 가진다.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 영구자석과 코어 사이의 거리를 조절할 수 있도록 하는 것에 의해 최상의 감도 영역을 가지는 자기력을 이용하여 코팅막의 두께를 측정할 수 있도록 함으로써, 두께 측정값의 정확도 및 반복 측정 시의 재현성과 신뢰성을 현저히 향상시키는 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 복수의 코어부를 구비한 자기력의 푸시풀 구조를 적용함으로써, 자기력의 세기를 코어부의 수만큼 증가시켜, 증폭기를 구비하지 않거나 낮은 증폭기를 사용하는 경우에도 정확한 코팅막의 두께를 측정할 수 있도록 하여, 측정된 코팅막 두께 값의 신뢰성을 향상시킴은 물론 소비전력을 최소화시키는 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단순한 구조로서 자성체 및 비자성체에 모두 활용할 수 있는 다목적 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 넓은 코팅표면의 위치에 무관하게 코팅막의 두께를 측정할 수 있도록 하는 코팅막 두께 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코팅막 두께 측정 장치는, 영구자석이 구비되어 자기력을 제공하는 영구자석부; 상기 영구자석부에 의해 자화되어 자속 경로를 형성하는 코어를 구비한 코어부; 및 상기 코어부의 단부에 구비된 홀센서에 의해 측정대상물의 자화에 의해 변화된 자기장을 검출한 후 상기 측정대상물의 코팅막의 두께를 산출해내는 센서부;를 포함하고, 상기 영구자석과 상기 코어의 간격이 가변되도록 구성되는 것에 의해 코어의 자기력을 조정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 코팅막 두께 측정 장치는, 케이스를 더 포함하고, 상기 영구자석부는, 상기 코어와 인접 위치되는 상기 영구자석에 단부가 회전 가능하게 결합되고, 상기 케이스에 대해 이동 가능하게 타단부가 노출되어 결합되는 조정로드; 및 상기 조정로드 상기 케이스로부터 노출된 타단부에 형성되는 조정노브;를 포함하여, 상기 조정노브를 이용하여 상기 케이스에 대해 상기 조정로드의 위치를 가변시키는 것에 의해 상기 영구자석과 상기 코어 사이의 간격을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코팅막 두께 측정 장치는, 상기 코어부는 서로 이격된 두 개 이상으로 구성되고, 상기 코어부의 단부에는 각각 홀센서가 구비되며, 상기 영구자석부가 상기 두 개 이상의 코어부들 사이에서 이동 가능하게 결합되고, 상기 센서부는 두 개 이상의 코어부 중 하나 이상의 코어부에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는, 상기 코어에 권취된 센서코일; 상기 센서코일에 기준위상 전원을 공급하는 위상기준전원; 상기 센서코일에서 검출된 기준위상과 상기 홀센서에서 검출된 자기장을 위상검출법을 적용하여 홀센서의 자기장을 출력하는 위상차적용 출력부; 및 상기 위상차적용 출력부의 출력신호를 증폭하는 증폭부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 증폭부는 상기 코어부가 푸쉬풀 구조를 가지는 경우 구성되지 않을 수 있다.
상기 위상차적용 출력부는, 상기 자기장의 세기에 대응하는 코팅막 두께를 검출할 수 있도록, 고정 위상 증폭을 이용한 미분을 수행하는 것에 의해 측정된 자기장과 코팅막의 두께가 선형적으로 변화도록 신호처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 코팅막두께 측정장치는, 비자성체 측정대상물의 와전류를 이용한 코팅막 두께 측정을 위해 상기 코어부에 교류자기장을 형성하는 교류자기장생성부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부의 인가 위상기준전원과 상기 교류자기장생성부의 교류 전원은 펄스 형태로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 교류자기장생성부는, 상기 코어부에 권취되는 교류전원코일; 및 상기 교류전원코일에 교류를 제공하는 교류전원;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코팅막 두께 측정 방법은, 영구자석과 코어부 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 코어부의 자기력 세기를 조절하여 직류자기장에 의해 자성체 측정대상물의 코팅막 두께를 측정하는 자기유도측정과정; 및 상기 코어부에 교류자기장을 생성시켜, 비자성체 측정대상물에 와전류를 형성한 후 와전류에 의해 변화된 교류자기장을 검출하여 코팅막의 두께를 측정하는 와전류측정과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 자기유도측정과정은, 영구자석과 코어부 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 코어부의 직류자기력 세기를 조절하는 직류자기력조정과정; 상기 코어부의 단부를 측정대상물에 밀착시킨 후 측정대상물의 자화에 의해 변화된 직류자기장의 세기를 홀센서를 통해 측정하는 홀센서자기장검출과정; 상기 홀센서에서 측정된 자기장을 기준위상전원의 기준위상과 비교하여 차이 값에 대응하는 측정자기장 세기를 출력하는 위상검출방법적용과정; 및 상기 위상검출방법적용과정에 의해 검출된 측정자기장의 세기분포를 이용하여 코팅막의 두께를 연산하여 산출하는 자기유도코팅막두께산출과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 두께산출과정은, 상기 위상검출방법적용과정에서 위상고정증폭을 적용하는 것에 의해 자기장의 거리에 따른 세기 변화를 선형화하여 자기장의 세기에 대한 코팅막의 두께를 연산하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 와전류측정과정은, 코어부에 권취된 교류전원코일에 교류를 인가하는 것에 의해 상기 코어부에 교류자기장을 생성하는 교류자기장생성과정; 상기 코어부의 단부에 부착된 홀센서부를 통해 측정대상물에서 상기 교류자기장에 의해 생성된 와전류에 의해 변화된 교류자기장을 검출하는 홀센서교류자기장검출과정; 상기 코어부에 권취된 교류전원 코일에 기준위상 생성을 위한 교류전원을 인가한 후, 상기 홀센서에서 검출된 자기장과 위상 비교한 후 위상검출방법을 적용하여 변화된 자기장과 코팅막 두께의 관계를 선형화시키는 교류자기장위상검출방법적용과정; 및 상기 교류자기장위상검출방법적용과정에 의해 코팅막 두께에 대하여 선형화된 자기장 검출 신호를 증폭한 후 코팅막 두께를 연산하여 산출하는 와전류코팅막두께산출과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성의 본 발명은, 영구자석과 코어 사이의 거리를 조절할 수 있도록 하는 것에 의해 최상의 감도 영역을 가지는 자기력을 이용하여 코팅막의 두께를 측정할 수 있도록 함으로써, 두께 측정값의 정확도 및 반복 측정 시의 재현성과 신뢰성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은, 복수의 코어부를 구비한 자기력의 푸시풀 구조를 적용함으로써, 자기력의 세기를 코어부의 수만큼 증가시켜, 증폭기를 구비하지 않거나 낮은 증폭기를 사용하는 경우에도 정확한 코팅막의 께를 측정할 수 있도록 하여, 측정된 코팅막 두께 값의 신뢰성을 향상시킴은 물론 소비전력을 최소화시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 단순한 구조로서 자성체 및 비자성체에 모두 활용할 수 있도록 하며, 넓은 코팅표면의 위치에 무관하게 코팅막의 두께를 측정할 수 있도록 하여 사용상의 편리성을 제공하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 코팅막 두께 측정 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1의 영구자석(11)과 코어(21) 사이의 길이 가변에 따라 조정되는 코어부의 자기력 세기 값을 나타내는 그래프.
도 3은 위상검출방법(PSD, Phase Sensitive Detection)을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 자기장의 세기에 따른 전압 값과 코팅막의 두께 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 코팅막 두께 측정 장치(2)의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 5는 제 1 코팅막 두께 측정 장치에 의한 자기장의 세기와, 제 2 코팅막 두께 측정장치에 의한 자기장의 세기를 비교한 그래프.
도 6은 본 발명의 코팅막 두께 측정 방법의 처리과정을 나타내는 도면.
도 7은 상기 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)를 이용한 비자성체의 코팅막 두께 측정을 나타내는 도면.
도 8은 상기 제 2 코팅막 두께 측정 장치(2)를 이용한 비자성체의 코팅막 두께 측정을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)는, 자성체 측정 대상물의 측정을 위해, 영구자석(11)이 구비되어 자기력을 제공하는 영구자석부(10)와, 상기 영구자석부(10)에 의해 자화되어 자속 경로를 형성하는 코어(21)를 구비한 코어부(20) 및 상기 코어부(20)의 단부에 구비된 홀센서(31)에 의해 측정대상물의 자화에 의해 변화된 자기장을 검출한 후 상기 측정대상물의 코팅막의 두께를 산출해내는 센서부(30)를 포함하여 구성된다.
상기 구성에서 상기 영구자석부(20)는 코어(21)와 인접 위치되는 영구자석(11)과 영구자석(11)에 일단부가 회전 가능하게 결합되는 조정로드(13)와 조정로드(13)의 말단에 결합된 조정노브(15)를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 센서부(30)는 자성체의 자화에 의해 변화된 자기장을 검출하기 위해 코어부(20)에 권취된 홀센서(31)와 센서코일(33), 센서코일(33)에 기준위상 전원을 공급하는 위상기준전원(35), 위상검출방법(PSD)를 적용하여 기준위상과 측정된 자기장의 위상차 값을 기반으로 측정된 자기장 값을 출력하는 위상차적용출력부(37)와 위차상차적용출력부(37)의 신호를 증폭한 후 코팅막 두께 측정을 위한 연산처리부(미도시)로 출력하는 증폭부(39)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 코팅막 두께 측정장치(1)는 비자성체 측정대상물의 와전류를 이용한 코팅막 두께 측정을 위해 상기 코어부(20)에 교류자기장을 형성하는 교류자기장생성부(40)를 포함한다. 상기 교류자기장생성부(40)는 코어부(20)에 권취되어 교류장기장을 형성하는 교류전원코일(43)과, 교류전원코일(43)에 교류전원을 공급하는 교류전원(45)을 포함하여 구성된다.
그리고 상기 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)는 상기 각 구성이 내장되면서 상기 홀센서(31)는 측정 대상물을 향하도록 위치되고, 조정로드(23)와 조정노브(25)와 외부로 노출되며, 상기 영구자석(11)은 코어부(20)와의 사이의 간격이 조절될 수 있도록 상기 조정로드(23)가 케이스(50)와 상하 이동 가능하게 나사 결합되는 구조를 가지도록 결합되는 케이스(50)를 더 포함하여 구성된다. 상술한 구성에서 상기 조정로드(23)의 상하 이동은 작업자가 조정노브(25)를 손으로 돌리는 방식이나, 별도의 구동모터에 의해 조정노브(25)를 회전시키는 방법 등으로 다양하게 구성될 수 있다. 또한, 나사 결합이 아닌 별도의 래크와 피니언 결합 방식의 결합 구조, 조정로드를 상하 이송시키기 위한 체인과 체인프로켓 결합 구조 등으로 다양하게 변형 실시될 수 있다.
도 2는 도 1의 영구자석(11)과 코어(21) 사이의 길이 가변에 따라 조정되는 코어부의 자기력 세기 값을 나타내는 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 코어부(20)는 가능한 자기 이력 현상이 발생하지 않는 재질의 코어 철심을 적용한다. 그러나 자기 이력 현상을 완전히 제거하는 것은 불가능하다. 따라서 코어부(20)의 코어(21)와 외부 온도 등의 영향으로 인해 자기력의 세기가 가변되는 경우, 자기 이력 특성에 의해 자기장의 세기가 변하게 되어 측정된 자기장은 오차를 포함한다. 따라서 본 발명의 경우에는 코어부(20)의 자기력의 세기를 자기 이력 그래프 상에서 (1/20)포화자기력(Hs) 이상 (1/2)포화자기력(Hs) 미만의 값을 가지도록 영구자석(11)과 코어부(20)의 사이의 간격을 조정하는 것에 의해 자기이력 변화에 의한 영향을 최소화시켜 자기장의 측정 정확성 및 재현성을 현저히 향상시켰다. 상술한 바와 같이 코어부(20)의 자기장의 세기를 한정한 것은, 코어부의 자기장의 세기가 큰 경우 코어부의 투자율이 변하게 되어 코팅막의 두께 측정을 어렵게 한다. 또한, 자기장의 세기가 큰 경우 측정장치가 시료에 부착될 수 있고, 이러한 부착 충격에 의해 코팅막의 두께가 가변되어 정확한 측정을 수행할 수 없기 때문이다. 또한 부착 충격에 의해 시료의 코팅막과 홀센서 등의 파손이 발생할 수 있기 때문이다. 그리고 자기장의 세기가 너무 낮은 경우에는 감도가 낮아져 측정을 어렵게 하기 때문이다.
도 3은 위상검출방법(PSD, Phase Sensitive Detection)을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 자기장의 세기에 따른 전압 값과 코팅막의 두께 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
일반적으로 코팅막 두께 측정 시, 측정된 자기장에 의한 전압(Output Voltage)과 코팅막의 두께(Thickness) 사이의 관계는 도 3의 PSD(Phase Sensitive Detection) 미실시 그래프와 같이 2차 함수 곡선의 형태로 나타난다. 이는 코팅막 두께를 산출하기 위하여 로그 또는 지수함수를 적용하는 등의 비선형 해석을 필요로 한다.
그러나 본 발명의 코팅막 두께 측정 장치는 측정 정확도를 향상시키기 위하여 측정된 자기장 값을 기준위상과 비교한 후 위상 고정 증폭을 이용한 미분 동작 신호처리를 수행하는 것에 의해 도 3의 PSD(Phase Sensitive Detection) 출력과 같이, 두께와 자기장에 의한 전압 값이 선형적으로 반비례하는 관계를 가지도록 하여, 코팅막 두께 측정의 정확성과 신뢰성 및 측정 재현성을 현저히 향상시켰다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 코팅막 두께 측정장치(2)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르는 코팅막 두께 측정 장치(2)의 구성 중 제 1 두께 측정 장치(1)와 동일한 구성에 대하여는 서로 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 코팅막 두께 측정 장치(2)는 영구자석부(10), 코어부(20), 센서부(30) 및 교류자기장생성부(40) 및 케이스(50)의 각 구성은 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)의 대응되는 구성과 동일하게 구성되나, 상기 코어부(20)가 두 개의 쌍으로 구성되고, 상기 영구자석부(10)의 영구자석(10)은 두 개의 코어부(20)의 사이에서 상하 이동 가능하게 결합되는 구조를 가지며, 별도의 증폭부를 구비하지 않는 점에서 상기 제 1 코팅막 측정 장치(1)와 상이한 구성을 갖는다.
상술한 바와 같이 코어부(20)를 두 개(복수)로 구성하고, 두 개의 코어부(20) 각각의 자기장의 방향을 서로 영방향이 되도록 구성하는 것에 의해, 하나의 코어부(20)에서 생성된 자기장에 의한 자력선속이 다른 코어부(20)로 유입되는 자기 경로가 형성되는 푸쉬풀(push-pull) 구조를 가진다.
도 5는 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)에 의한 자기장의 세기와, 제 2 코팅막 두께 측정 장치(2)에 의한 자기장의 세기를 비교한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상술한 도 4의 영구자석(11)과 한 쌍의 코어부(20)의 푸쉬풀 결합 구조에 의해, 제 2 코팅막 두께 측정 장치(2)에 의해 생성된 자기장 측정 전압 값이 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)에 의해 생성된 자기장 측정 전압 값의 2배가 된다.
따라서 자기장의 세기기 커지는 것에 의해 측정 감도가 높아지게 된다. 이에 따라 증폭부(39)를 구성하지 않게 되므로, 소비전력을 현저히 줄일 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 제 1 및 제 2 코팅막 두께 측정 장치(1, 2)는 위상기준전원(35)과 교류자기장생성부(40)을 위한 교류전원(43)을 펄스 형태로 공급하도록 구성하는 것에 의해 소비 전력을 더욱 절감시켰다.
도 6은 본 발명의 코팅막 두께 측정방법의 처리과정을 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 코팅막 두께 측정 방법은 자성체의 코팅막 두께를 측정하는 자기유도측정과정(S100)과 비자성체의 코팅막 두께를 측정하는 와전류측정과정(S200)을 포함하여 이루어진다.
상기 자기유도측정과정(S100)은 자성체에 코팅된 코팅막의 두께를 산출하는 과정이다.
상기 자기유도측정과정(S100)에서는 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)와 제 2 코팅막 두께 측정 장치(2)에서 영구자석(11)과 코어부(20)의 간격을 조정하여, 코어부(20)의 자기력의 세기를 감도가 좋은 자기력을 가지도록 조정하는 직류자기력조정과정(S110)을 수행한다. 이때 상기 감도가 좋은 자기력은 포화자기장 이하에서 자기이력 특성이 최소가 되며, 코어(21)의 투자율 변화가 매우 적은 자기장 영역에서 동작하도록 자기력을 조정하는 것으로, 좋은 감도를 보이는 자기력의 범위를 본 발명의 경우 (1/20)포화자기장(Hs) 이상 및 (1/2)포화자기장(Hs) 미만의 범위를 사용하는 것으로 설명하였다.
직류자기력조정과정(S110) 이후에는 코팅막을 가지는 측정대상 자성체에 홀센서(31)를 근접시켜 자성체의 자화에 따라 변화된 자기장을 센서부(30)를 통해 검출하는 홀센서자기장검출과정(S120)을 수행한다.
이 후, 센서부(30)는 검출된 자기장에 따른 전압 값에 대하여 위상 고정 증폭을 이용한 미분동작 처리를 포함하는 위상검출방법을 적용하는 것에 의해 정확도를 높이고, 코팅막의 두께와 자기장에 의한 전압의 관계를 선형화하는 위상검출방법적용과정(S130)을 수행한다.
다음으로, 출력된 전압 값과 코팅막 두께 사이의 선형 관계를 이용하여 측정된 자기장의 세기에 대응하는 코팅막의 두께를 산출하는 자기유도코팅막 두께 산출 과정(S140)을 수행한다.
상기 와류측정과정(S200)은 비자성체에 코팅된 코팅막의 두께를 측정하는 과정이다.
구체적으로 도 7은 상기 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)를 이용한 비자성체의 코팅막 두께 측정을 나타내는 도면이고, 도 8은 상기 제 2 코팅막 두께 측정 장치(2)를 이용한 비자성체 코팅막 두께 측정을 나타내는 도면이다.
비자성체 코팅막 두께 측정을 위하여 상기 와류측정과정(S200)에서는, 도 7 및 도 8과 같이, 교류자기장생성부(40)를 통해 교류전원코일(43)에 교류자기장을 인가하는 것에 의해 코어부(20)에 교류자기장을 형성하는 교류자기장생성과정(S210)을 수행한다. 이때 인가되는 교류전원은 펄스형태로 인가시키는 것에 의해 소비 전력을 줄일 수 있다.
이 후, 홀센서(31)를 비자성체에 접근시킨 후 교류자기장에 의해 비자성체에와전류를 형성시킨 후, 홀센서(31를 통해 와전류에 의해 변화된 교류자기장의 세기를 검출하는 홀센서교류자기장검출과정(S220)을 수행한다.
홀센서교류자기장검출과정(S220)에 의해 자기장에 대응하는 전압값이 검출되면, 검출된 자기장 대응 전압 값에 대하여, 위상 고정 증폭을 이용한 미분동작 처리를 포함하는 위상검출방법을 적용하는 것에 의해 정확도를 높이고, 코팅막의 두께와 자기장에 의한 전압의 관계를 선형화하는 교류자기장위상검출방법적용과정(S230)을 수행한다.
다음으로, 출력된 전압 값과 코팅막 두께 사이의 선형 관계를 이용하여 측정된 자기장의 세기에 대응하는 코팅막의 두께를 산출하는 완전류코팅막 두께 산출 과정(S240)을 수행한다.
상술한 처리과정 본 발명의 제 1 코팅막 두께 측정 장치(1)를 적용한 코팅막 두께 측정의 경우에는 위상검출방법적용과정(S130)과 교류자기장위상검출방법적용과정(S230)이 적용된 자기장 값에 대한 신호에 대하여는 증폭을 수행한다.
그러나 본 발명의 제 2 코팅막 두께 측정 장치(2)를 적용한 코팅막 두께 측정의 경우에는 위상검출방법적용과정(S130)과 교류자기장위상검출방법적용과정(S230)이 적용된 자기장 값에 대한 신호에 대하여는 증폭을 수행하지 않는다. 이에 따라 소빈 전력을 줄일 수 있다.
1: 제 1 코팅막 두께 측정 장치
2: 제 2 코팅막 두께 측정 장치
10: 영구자석부 11: 영구자석
13: 조정로드 15: 조정노브
20: 코어부 30: 센서부
31: 홀센서 33: 센서코일
35:위상기준전원 37: 위상차적용출력부
39: 증폭부 40: 교류자기장생성부
43: 교류전원코일 45: 교류전원
50: 케이스

Claims (12)

  1. 영구자석이 구비되어 자기력을 제공하는 영구자석부;
    상기 영구자석부에 의해 자화되어 자속 경로를 형성하는 코어를 구비한 코어부; 및
    상기 코어부의 단부에 구비된 홀센서에 의해 측정대상물의 자화에 의해 변화된 자기장을 검출한 후 상기 측정대상물의 코팅막의 두께를 산출해내는 센서부;를 포함하고,
    상기 영구자석과 상기 코어의 간격이 가변되도록 구성되는 것에 의해 코어의 자기력을 조정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    영구자석과 코어부와 센서부가 수납되는 케이스를 더 포함하고,
    상기 영구자석부는,
    상기 코어와 인접 위치되는 상기 영구자석에 단부가 회전 가능하게 결합되고, 상기 케이스에 대해 이동 가능하게 타단부가 노출되어 결합되는 조정로드; 및
    상기 조정로드 상기 케이스로부터 노출된 타단부에 형성되는 조정노브;를 포함하여,
    상기 조정노브를 이용하여 상기 케이스에 대해 상기 조정로드의 위치를 가변시키는 것에 의해 상기 영구자석과 상기 코어 사이의 간격을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어부는 서로 이격된 두 개 이상으로 구성되고,
    상기 코어부의 단부에는 각각 홀센서가 구비되며,
    상기 영구자석부가 상기 두 개 이상의 코어부들 사이에서 이동 가능하게 결합되고,
    상기 센서부는 두 개 이상의 코어부 중 하나 이상의 코어부에 결합되는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 코어에 권취된 센서코일;
    상기 센서코일에 기준위상 전원을 공급하는 위상기준전원; 및
    상기 센서코일에서 검출된 기준위상과 상기 홀센서에서 검출된 자기장을 위상검출법을 적용하여 홀센서의 자기장을 출력하는 위상차적용 출력부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 위상차적용 출력부는,
    상기 자기장의 세기에 대응하는 코팅막 두께를 검출할 수 있도록, 고정 위상 증폭을 이용한 미분을 수행하는 것에 의해 측정된 자기장과 코팅막의 두께가 선형적으로 변화도록 신호처리하는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    비자성체 측정대상물의 와전류를 이용한 코팅막 두께 측정을 위해 상기 코어부에 교류자기장을 형성하는 교류자기장생성부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서부의 인가 위상기준전원과 상기 교류자기장생성부의 교류 전원은 펄스 형태로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 교류자기장생성부는,
    상기 코어부에 권취되는 교류전원코일; 및
    상기 교류전원코일에 교류를 제공하는 교류전원;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 장치.
  9. 영구자석과 코어부 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 코어부의 자기력 세기를 조절하여 직류자기장에 의해 자성체 측정대상물의 코팅막 두께를 측정하는 자기유도측정과정; 및
    상기 코어부에 교류자기장을 생성시켜, 비자성체 측정대상물에 와전류를 형성한 후 와전류에 의해 변화된 교류자기장을 검출하여 코팅막의 두께를 측정하는 와전류측정과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 자기유도측정과정은,
    영구자석과 코어부 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 코어부의 직류자기력 세기를 조절하는 직류자기력조정과정;
    상기 코어부의 단부를 측정대상물에 밀착시킨 후 측정대상물의 자화에 의해 변화된 직류자기장의 세기를 홀센서를 통해 측정하는 홀센서자기장검출과정;
    상기 홀센서에서 측정된 자기장을 기준위상전원의 기준위상과 비교하여 차이 값에 대응하는 측정자기장 세기를 출력하는 위상검출방법적용과정; 및
    상기 위상검출방법적용과정에 의해 검출된 측정자기장의 세기분포를 이용하여 코팅막의 두께를 연산하여 산출하는 자기유도코팅막두께산출과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 두께산출과정은,
    상기 위상검출방법적용과정에서 위상고정증폭을 적용하는 것에 의해 자기장의 거리에 따른 세기 변화를 선형화하여 자기장의 세기에 대한 코팅막의 두께를 연산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 와전류측정과정은,
    코어부에 권취된 교류전원코일에 교류를 인가하는 것에 의해 상기 코어부에 교류자기장을 생성하는 교류자기장생성과정;
    상기 코어부의 단부에 부착된 홀센서부를 통해 측정대상물에서 상기 교류자기장에 의해 생성된 와전류에 의해 변화된 교류자기장을 검출하는 홀센서교류자기장검출과정;
    상기 코어부에 권취된 교류전원 코일에 기준위상 생성을 위한 교류전원을 인가한 후, 상기 홀센서에서 검출된 자기장과 위상 비교한 후 위상검출방법을 적용하여 변화된 자기장과 코팅막 두께의 관계를 선형화시키는 교류자기장위상검출방법적용과정; 및
    상기 교류자기장위상검출방법적용과정에 의해 코팅막 두께에 대하여 선형화된 자기장 검출 신호를 증폭한 후 코팅막 두께를 연산하여 산출하는 와전류코팅막두께산출과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅막 두께 측정 방법.
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