KR101793173B1

KR101793173B1 - 측정될 대면적 표면 위의 얇은 층의 두께를 측정하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101793173B1
Application number: KR1020110043869A
Authority: KR
Inventors: 헬무트 휘셔
Original assignee: 헬무트 휘셔 게엠베하 인스티투트 휘어 엘렉트로닉 운트 메쓰테크닉
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2017-11-03
Also published as: JP2011237435A; US20110271750A1; EP2386822A3; US8474151B2; EP2386822A2; HK1162658A1; KR20110124167A; CN102252640B; ES2607222T3; JP5863274B2; CN102252640A; EP2386822B1; DE102010020116A1

Abstract

본 발명은, 측정값을 얻기 위해 대면적 표면에 접촉하며 적어도 하나의 센서 요소(29)와 상기 센서 요소(29)에 결합된 적어도 하나의 접촉 구형 캡(31)을 포함하는 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 이용하여 측정될 대면적 표면 위의 얇은 층의 두께를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 측정될 대면적 표면(12)을 개별적인 부분 영역들(individual partial areas)(14)로 분할하고, 검사될 각 부분 영역(14)에 대해 측정 포인트(16)의 매트릭스를 결정하며, 상기 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 가지는 장치(21)를 이용하여 상기 부분 영역(14)의 매트릭스의 적어도 하나의 행(17)을 따라 적어도 하나의 등거리 측정 포인트(16)에서 측정값을 확인하고, 상기 부분 영역(14)에서 상기 매트릭스의 모든 행(17)에 대해 연속적으로 측정값을 확인하고 평가한다.

Description

측정될 대면적 표면 위의 얇은 층의 두께를 측정하는 장치 및 방법{Method and device for measuring the thicknes of thin layers over large-area surfaces to be measured}

본 발명은 선박의 외피와 같은 측정될 대면적 표면 위의 얇은 층의 두께를 측정하는 방법 및 장치에 관련된 것이다.

적어도 하나의 센서 요소와 상기 센서 요소에 결합된 적어도 하나의 접촉 구형 캡을 포함하는 측정 프로브를 이용한 얇은 층(thin layer)의 두께(thickness)의 측정은 일 예로 DE 10 2005 054 593 A1에 개시되어 있다. 이러한 측정 프로브(measuring probe)의 결과로서 베이스 물질(base material)과 코팅에 의존하는 자기 유도(magnetic induction) 방법 또는 와전류(eddy current) 방법에 따라 측정값들이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 층 두께를 측정하기 위해 이러한 측정 프로브는 수동으로 측정될 표면에 적용(apply)될 수 있다. 이러한 방법은, 예를 들어, 항공기의 날개나 선박의 외피(hull)와 같은 측정될 대면적 코팅 및 표면의 측정(measurement)과 검사(inspection)를 위해서는 채택되지 않는다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 측정 및 검사 대상 표면(surface to be measured and inspected)을 직관적인(comprehensively) 간단한 방법으로 측정하는 얇은 층의 두께를 측정하기 위한 장치와 방법을 제안한다.

이러한 목적은 청구항 제1항의 특징에 따른 방법 및 청구항 제6항의 특징에 따른 장치에 의해 달성된다. 더불어, 바람직한 실시예들은 각 종속항에서 개시된다.

본 발명에 따른 방법에서, 측정될 대면적 표면(large-area surface to be measured)은 개별적인 부분 영역들(individual partial areas)로 분할되고, 각 부분 영역에 대한 측정 포인트(measuring point)의 매트릭스(matrix)가 결정되며, 측정 프로브(measuring probe)를 가지는 적어도 하나의 장치를 이용하여 상기 매트릭스의 적어도 하나의 행(row)을 따라 등거리 측정 포인트(equidistant measurement points)에서 측정값(measured values)이 획득되고, 상기 부분 영역에서 상기 매트릭스의 모든 행에 대해 연속적으로 측정값이 획득되고 평가된다. 복수 개의 행을 따라 등거리 측정값들을 획득함으로써, 간단한 방법으로 개별적인 부분 영역에 대한 측정 포인트의 매트릭스 또는 그리드(grid)를 형성하는 것이 가능하고 이에 의해 상기 개별 영역의 층 두께가 평가된다. 측정될 대면적 표면을 직관적으로 평가(assess)하기 위해, 개별적으로 선택된 부분 영역 또는 측정될 모든 표면의 면적에 대응하는 모든 부분 영역들이 참고(consult)될 수 있다. 또한, 매트릭스에 배치된 측정 포인트에 의해 부분 영역 내에서의 층 두께의 변화가 평가될 수 있다. 더불어, 최초 부분 영역(first partial area)에 대한 평가만큼 이른 시간에서도(even as early as evaluation of a first partial area) 미리 결정된 최소 층 두께(predetermined minimum layer thickness)와 대비되는 측정된 층 두께에 관한 결론이 도출되는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따를 경우, 적어도 하나의 주행 면(running face)를 구비하고 적어도 하나의 측정 프로브를 수용하는 적어도 하나의 회전 바디를 포함하는 측정을 수행하는 장치는 측정될 표면 위에 위치하고, 상기 적어도 하나의 측정 프로브는 사이클로이드 경로(cycloid path)의 최저점에서 측정될 표면에 대해 접촉하는 방식으로 행을 따라 굴러간다. 따라서, 연속적인 측정이 가능하고, 더 짧은 측정 시간이 달성될 수 있다. 그리고, 회전 바디의 측정 프로브의 배치 결과에 따라, 각 측정 포인트에서 얇은 층의 두께를 측정하기 위한 동일한 접촉 조건(contact condition) 및 측정 조건(measurement condition)이 보장될 수 있다. 부분 영역의 모든 측정 포인트에서 측정값들이 획득되었을 때, 상기 장치는 상기 매트릭스의 측정포인트를 측정하기 위해 다음 부분 영역으로 능동적으로(actively) 이동된다. 이러한 측정 방법은, 예를 들어, 다루기가 매우 힘든 장치 또는 대상(object)의 측정될 대표면(large surface)에 대해 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법이 바람직한 실시예에 의할 경우, 상기 회전 바디보다 더 큰 지름을 가지는 스톱 장치(stop device), 특히 스톱 와셔(stop washer) 또는 연결 링(connection ring)이 상기 회전 바디에 부착될 수 있으며, 상기 스톱 장치를 가지는 장치는 측정될 표면의 가장자리를 따라 가이드(guide)될 수 있다. 따라서, 측정을 위해 인접한(immediate) 가장자리 영역(edge region)에서 측정될 표면의 가장자리를 따라 회전 프로브(rotating probe)가 정해진 방식(defined manner)으로 위치되고 가이드될 수 있다. 이러한 구조의 결과로서, 가장자리를 따라 연속적인 측정 포인트와 가장자리 사이의 정해진 갭(defined gap)를 발생시키는 것이 가능하다. 특히, 부식의 위험이 있는 선박과 이중벽(double-walled) 선박의 경우, 가장자리로부터 일정한 거리에서 층의 두께를 측정하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어, 이것은 스톱 와셔나 연결 링(connection ring), 또는 그 위에 위치하고 교체 가능한 스페이서 링(spacer ring)에 의해 가능할 수 있다. 대안적으로, 스톱 와셔 또는 스톱 링(stop ring)이 그 위에 배치되는 회전 바디를 가지를 장치를 따라 가이드하는 대신, 상기 회전 바디는, 불연속 또는 연속적인 경로 속도(path speed)를 가지며 이동하는 밴드 방식 물질(band-like material)에 대해 고정되도록 위치될 수 있다. 상기 방법의 대안적인 실시예에서는, 얇은 층의 두께를 측정하고 적어도 하나의 측정 프로브를 포함하는 장치는 일정한 시간 간격에 두고 측정될 회전면(rotating surface) 또는 측정될 밴드방식 표면(band-like surface) 위에 위치할 수 있다. 이러한 방법에 따른 측정의 결과로서, 측정값은 등거리 측정 포인트에서 획득될 수 있다. 앞서 언급한 실시예와 대조적으로, 등거리 측정 포인트는 주행 휠의 원주와 같은 기하학 변수(geometric variable)에 의해 결정될 수 있으며, 이 실시예에서는 측정 포인트 사이의 거리는 시간 정해진 사이클(timed cycles)에 의해 결정될 수 있다.

상기 방법의 보다 바람직한 구성에 있어서, 평균값

와 표준 편차 s는 각 부분 영역의 측정값과 편차 계수(coefficient of variation)

로부터 결정되며, 비교값으로서의 편차 계수는 코팅의 퀄러티(quality)를 평가(assess)하기 위한 평가 차트(evaluation chart)와 비교하여 확정된다. 코팅의 퀄러티를 평가하기 위해 편차 계수는 안전 요구(safety requirement)와 현재 최소 층 두께에 따라 결정된다. 편차 계수의 백분율은 평가 차트에서 서로 다른 그룹, 예를 들어, “훌륭함”, “좋음”, “적합”, 그리고 “가끔 부적합”으로 나누어질 수 있으며, 각 예에서 편차 계수의 대응 값이 할당된다. 각 부분 영역에 대한 편차 계수의 확정에 의해, 획득된 수치값은 일정한 수치값(predetermined numerical value)에 대비되며 코팅에 관한 결론, 보다 구체적으로 코팅의 퀄러티는 부분적으로 상기 요구에 대응한다거나 전혀 또는 완전히 대응하지 않는다는 결과를 신속히 도출할 수 있다.

본 발명에서 언급하는 상기 문제점은, 적어도 하나의 측정 프로브가 주행 면을 포함하는 회전 바디에 구비되고, 상기 측정 프로브(28)의 상기 접촉 구형 캡이 상기 주행 면으로부터 반경 방향으로 적어도 약간 외측으로 돌출되며 상기 회전 바디(22)와 같이 회전하고, 측정 프로브가 측정될 표면 위에서 사이클로이드 경로를 따라 가이드되는 장치에 의해 해결된다. 이러한 장치에 의해, 회전 프로브(rotating probe)는 회전 바디의 직경의 함수인 일정 시간 간격(regular interval)으로 측정될 표면에 대해 접촉하도록 구비될 수 있다. 상기 측정 프로브는 사이클로이드 경로를 따라 이동된다. 측정될 표면을 따라 가이드 되는 상기 회전 바디의 상기 주행 면은 측정 프로브가 등거리 측정 포인트에서 접촉하고 측정값이 획득되는 것을 보장한다. 상기 회전 바디는 그 자체로 측정에 관여하지는 않는다. 대신, 상기 회전 바디는 나중에 평가 수단(evaluation means)에서 매트릭스를 형성하도록 조합되는(combined) 등거리 측정 포인트를 보장하는 역할을 한다.

상기 장치의 유용한 방식에 따르면, 공동 축(common axle)에 회전 가능하게 장착되고 가이드 되는 적어도 두 개 이상의 회전 바디가 구비될 수 있으며, 단 하나의 회전 바디만이 적어도 하나의 측정 프로브를 포함한다. 공동 축에 의해 연결된 2개 이상의 회전 바디의 이러한 구조는, 측정될 표면에 대한 틸팅(tilting)이 안정적으로 제공되며, 측정 포인트에서 측정 프로브를 측정될 표면에 대해 수직으로 위치시키는 것이 가능한 이점을 제공한다.

상기 장치의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 각각이 적어도 하나의 측정 프로브를 수용하는 두 개 이상의 회전 바디는 강성 축(rigid axle)에 의해 연결되며, 측정 프로브는 동일한 각 위치(angular position)에 위치하게 된다. 이러한 장치는, 예를 들어, 다른 하나와 인접하게 배치되는 두 회전 바디와 각각 하나의 측정 프로브를 가지는 회전 바디에 의해 인접한 행에 위치하는 두 측정 포인트의 측정값들이 동시에 획득될 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 부분 영역 내에서 측정 포인트를 따라 측정값을 획득할 때 시간을 절약할 수 있다. 다중 측정을 수행하기 위해 각각이 적어도 하나의 측정 프로브를 구비하는 3개 이상의 회전 바디가 제공될 수 있다. 이러한 구조는 개별적인 측정 포인트에 대한 시간 간격을 정해진 방식으로 이격(spaced apart)시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 바람직하게는 상기 장치는 부분 영역의 행의 수에 따른 회전 바디를 포함할 수 있으며, 이러한 방식에 의해 행을 따라 단 한번만 이동시킴으로써 부분 영역의 각 측정 포인트에서 측정값을 획득할 수 있다. 따라서, 모든 개별적인 측정 포인트는 동일한 열(column)에 놓이며, 회전 바디들은 견고하게(rigidly) 서로 결합되고, 서로 인접하게 배치되는 회전 바디들에서 측정 프로브의 각 위치(angular position)는 동일하게 위치할 수 있다.

상기 장치의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 측정 프로브는 탄성적(resiliently)이고 플렉서블하게(flexibly)하게 결합되며, 따라서, 상기 주행 면에 대해 상기 회전 바디의 내부로 싱크(sink)될 수 있다. 따라서, 각 측정 포인트에서 측정될 표면에 대해 측정 프로브의 접촉에 대한 동일 힘이 보장되며, 각 측정 포인트에서 일정한(consistent) 측정 조건(measurement condition)이 제공된다. 센서 요소는, 바람직하게는 평행하고 서로 이격된 스프링 부재, 특히 판 스프링(leaf spring)으로 형성된 스프링 어셈블리에 의해 유지된다. 따라서, 상기 접촉 구형 캡이 측정될 표면과 접촉하였을 때, 센서 요소의 축(shaft)의 길이 방향으로 가이드되는 이동 또는 싱킹 움직임(sinking movement)이 발생한다. 따라서, 상기 측정 프로브는 접촉 지점에서 측정될 표면과 수직으로 배치될 수 있다. 두 개의 평행한 스프링 부재, 특히 판 스프링의 수용에 대한 대안으로서, 센서 요소의 다이어프램 방식의 스프링 어셈블리(diaphragm-like spring assembly)가 상기 접촉 구형 캡에 구비될 수 있다. 이러한 실시예는, 예를 들어 이러한 실시예에 관한 전체 범위(full scope)가 통합된 DE 10 2005 054 593 A1에 개시되어 있으며, 이를 참조하면 된다.

상기 장치의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 획득된 측정값을 위한 상기 회전 바디 내에 구비되는 적어도 하나의 저장 수단을 구비된다. 따라서, 평가 유닛(evaluation unit)을 위한 유선 연결(line connection)이 필요 없이 측정 값이 획득될 수 있다. 더불어, 바람직하게는 상기 저장 수단에 연결되고 측정값을 읽기 위한 인터페이스 및/또는 평가 수단(evaluation means)을 무선 데이터 전송을 위한 전송 및 수신 수단이 상기 회전 바디에 구비될 수 있다. 예를 들어, 이 인터페이스는 시리얼 인터페이스(serial interface) 또는 USB 인터페이스로 구성될 수 있다. 더불어, 전송 및 수신 수단은 무선(radio), 블루투스(Bluetooth) 또는 이와 비슷한 것을 통해 데이터 전송을 가능하게 한다.

상기 장치의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 스톱 장치(stop device), 특히 스톱 와셔(stop washer) 또는 스톱 링(stop ring)이 하나의 회전 바디에 구비될 수 있으며, 상기 스톱 장치의 원주는 회전 바디의 원주 보다 더 크다. 따라서, 상기 회전 바디는 측정 대상물(object)의 가장자리를 따라 일정한 거리에서 선택적으로 가이드될 수 있으며, 가장자리로부터 일정한 거리에서 얇은 층의 두께의 명확한 측정(defined measurement)이 가능하다.

또한, 상기 스톱 링 또는 스톱 장치의 측면 둘레 면에는 스페이서 링(spacer ring)이 교체 가능하게 구비될 수 있다. 이 스페이서 링은, 특정한 적용예(specific application)에 따라, 외측 가장자리(outer edge)로부터 시작되는 층 두께의 측정을 위한 일정한 거리를 설정하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 상기 거리는, 예를 들어, 상기 스톱 링 또는 스톱 와셔가 상기 회전 바디에 견고히 결합된 채로 변할 수 있다. 상기 스페이서 링과, 스톱 와셔 또는 스톱 링이 하나의 유닛(unit)을 형성하는 경우, 코팅의 가장자리와 측정 사이의 거리는 조정될 수 있으며 회전 바디에 구비되는 스톱 링 또는 스톱 와셔의 두께의 함수로서 정의될 수 있다.

장치의 유용한 개선에 따르면, 적어도 하나의 측정 프로브를 포함하는 적어도 하나의 회전 바디는 적어도 하나의 가이드 롤러(guide roller)를 포함하는 측정 캐리지(measuring carriage)에 구비될 수 있다. 특히, 회전 바디/바디들 및/또는 가이드 롤러의 결과로서 3점 베어링(three-point bearing)이 제공되는 경우 이러한 측정 캐리지는 틸팅을 방지하는데 사용될 수 있다. 더불어, 상기 회전 바디는 가이드 롤러의 도움으로 정해진 방식(defined manner)에 따라 적용되고 가이드될 수 있다. 바람직하게는 상기 회전바디/바디들과 가이드 롤러 사이에는 언더 캐리지(undercarriage)가 구비될 수 있으며, 예를 들어, 상기 언더 캐리지에는 홀딩 자석(holding magnet)이 구비될 수 있다. 이러한 구조의 결과로서, 검사될 부분 영역이 가파른 경우에도 측정될 표면을 측정하는 것이 가능한데, 이는 측정 캐리지가 홀딩 자석에 의해 측정될 표면에 홀딩되기(held) 때문이다.

상기 장치의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 회전 바디의 주행 면에 클리닝 장치(cleaning device)가 결합될 수 있으며, 상기 클리닝 장치의 일면(face)은 상기 적어도 하나의 측정 프로브로부터 돌출되며, 상기 클리닝 장치는 상기 측정 프로브의 적어도 하나의 접촉 구형 캡을 청소한다. 따라서, 상기 접촉 구형 캡은 회전 바디의 각 회전(each revolution)에 따라 청소되며, 이러한 방법에 의해 많은 수의 부분 영역이 연속적으로 확인될 수 있으며, 측정값을 획득하기 위한 일관된 조건(consistent condition)이 제공된다. 예를 들어, 접촉 구형 캡에 부착된 어떤 오염도 제거하기 위해 상기 클리닝 장치는 강모(bristle) 또는 회전 강모(rotating bristle)로 형성될 수 있다.

본 발명과 추가적인 유용한 실시예와 개선점은 아래에서 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상세한 설명과 도면에서 언급되는 본 발명의 특징은 개별적으로 적용되거나 조합되어 적용될 수 있다.

도 1은 코팅된 외피를 가지는 선박의 개략적인 측면도이며, 선박의 코팅은 측정될 표면이 부분영역들로 구획되어 있다.
도 2는 측정 포인트의 매트릭스를 가지는 부분 영역을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 부분 영역의 측정 포인트에서 측정값들을 획득하는 장치의 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 3a와 대비되는 측정 장치의 대안적인 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 5는 도 3a 내지 도 3c에 따른 장치의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 6은 측정 포인트의 매트릭스를 가지는 부분 영역을 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 도 3a에 비교되는 측정 장치의 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 8은 편차 계수가 15%, 20% 및 25%일 때

/T_min와 쇼트폴 양(shortfall amount) 사이의 관계를 함수로서 표현한 그래프이다.

도 1은 선박의 개략적인 모습을 나타낸 도면이다. 선박의 외피(hull) 위의 코팅은, 예를 들어, 측정될 대면적 표면(12)을 형성한다. 높아진 안전 요구(safety requirement)와 부식을 방지하기 위해, 특히, 선박에 대한 손상을 예방하기 때문에 선박의 외피 위에 형성된 코팅의 퀄러티(quality)는 매우 중요하다. 따라서, 이러한 코팅은 코팅에 대한 층 두께(layer thickness)의 최소값으로 이루어져야 한다. 층 두께의 평균값(mean value)이 최소값(minimum value)보다 충분히 큰 경우에만 이러한 최소값이 관측되는 것이 보장될 수 있다. 상기 층 두께의 평균값과 최소값 사이의 요구되는 차이(necessary gap)는 코팅 과정에 내재된 분산(dispersion)에 의존한다. 편차 계수 V(coefficient of variation V)는 상기 분산에 대한 측정 수단으로서 유용하게 이용된다. 상기 편차 계수는 표준 편차(standard deviation) s와 측정된 층 두께 값의 비(ratio)이다. 이러한 편차 계수로부터, 코팅의 퀄러티에 관한 결론, 보다 구체적으로 최소 층 두께가 완벽하게 또는 부분적으로 요구 범위내에 있는지 또는 전혀 요구범위 내에 있지 않은지에 관한 결론을 도출하는 것이 가능하다. 확정된(ascertained) 편차 계수는 평가 프로세스 결과(evaluated process results)에 기초하여 컴파일되고 상이한 선언들(statements)로 분류된 평가 차트(assessment chart)와 비교될 수 있다. 예를 들어, 상기 선언은 “훌륭함(excellent)”, “좋음(good)”, “적절(adequate)”, 또는 “가끔 부적절(often inadequate)”일 수 있으며, 상기 편차 계수들의 백분율 값의 최대 상한(upper limit)이 상기 선언들 중 하나에 할당(allocate)될 수 있다. 따라서, 평가 프로세스 결과와 개별적인 측정값으로부터 산출된 편차 계수의 개별적인 측정값에 기초한 평가 차트를 비교함으로써, 코팅의 퀄러티에 관한 신속한 선언(quick statement)을 도출할 수 있다.

합리적인 평가를 위해, 대면적 코팅에 대한 측정될 표면(12)은 측정될 표면(12) 보다 몇 배나 더 작은 개별적인 부분 영역(individual partial area)(40)으로 분할된다. 바람직하게는, 상기 측정될 표면은 동일한 크기의 부분 영역(40)으로 분할된다.

이러한 측정될 대면적 표면(12)의 부분 영역(40)이 도 2에 확대되어 도시되어 있다. 이 부분 영역(40)은 측정 포인트(measurement point)(16)들의 매트릭스(matrix)로 구성되는데, 측정 포인트(16)들은 매트릭스의 행(17)을 따라 등거리(equidistant) △·lh에 위치한다. 바람직하게는, 상기 행(17)들은 등거리 △· lv 에 위치하는 다른 행과 서로 평행을 이루도록 순서대로 배치되며, 측정 포인트(16)의 매트릭스 또는 측정 포인트(16)의 네트워크는 상기 부분 영역(14)에 걸쳐 균일하게 분포한다. 따라서, 전체 표면에 걸쳐 층 두께를 측정할 필요 없이 부분 영역에 대한 층 두께 또는 층 두께의 프로세스에 관한 적절한 결론에 도달하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 등거리를 이루는 측정 포인트(16)에서의 측정값을 획득하기 위해, 도 3a 내지 3c에 따른 장치(21) 또는 측정 장치가 제공되는데, 상기 장치(21) 또는 측정장치는 주행 면(running face)(23)을 가지는 회전 바디(rotating body)(22)를 포함한다. 일 예로, 상기 회전 바디(22)는 피봇 핀(pivot pin)(23)에 대해 회전 가능하도록 로드(rod) 또는 바(bar)(26)에 결합되며, 사용자는 상기 바(26)를 이용하여 상기 회전 바디(22)의 상기 주행 면(23)을 측정될 표면 위에 위치시키고, 측정될 표면을 따라 상기 주행 면(23)을 가이드(guide)할 수 있다. 일측(one side) 또는 양측(either side)에 결합되는 피봇 핀에 의해 상기 회전 바디(22)는 상기 바(26)에 대해 회전하도록 배치될 수 있다. 상기 회전 바디(22)는, 바람직하게는 주행 휠(running wheel)로 구성될 수 있으며, 상기 주행 면(23)에 구비되는 측정 프로브(28)를 회전 바디(22) 내에 수용할 수 있다. 상기 측정 프로브(28)는 상기 회전 바디(22)의 외측에 구비될 수도 있다. 상기 회전 바디(22)는 바람직하게는 디스크 형상(disk-shaped)이다. 상기 주행 면(23)은 플라스틱 소재 코팅, 고무 코팅, 또는 이와 비슷한 것으로 구성될 수 있다. 상기 주행 면(23)의 표면은, 손상을 피하기 위해 검사될 상기 코팅의 한 기능으로서 선택될 수 있다.

상기 회전 바디(22)는, 예를 들어, 주행 롤러(running roller) 또는 주행 휠(running wheel)로 형성될 수 있다. 상기 회전 바디(22)는 또한, 적어도 부분적으로, 중공 바디(hollow body)로 형성될 수 있다. 이러한 회전 바디(22)는 개별적인 수용 공간(individual accommodating spaces)들을 포함하는 하나의 피스(piece) 내에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 측정 프로브 및/또는 IC 모듈(module)과 같은 제어 컴포넌트(control components), 기능 모듈(function module) 또는 이와 비슷한 것이 상기 수용공간에 수용되며 상기 수용공간은 커버에 의해 폐쇄된다. 예를 들어, 내부에 수용공간을 가지는 이중-쉘(double-shelled) 회전 바디가 형성될 수도 있다.

상기 측정 프로브(28)는 세로 축(longitudinal shaft) 상에 배치되는 센서 요소(sensor element)(29)와 접촉 구형 캡(contact spherical cap)(31)을 포함하며, 상기 측정 프로브(28)는 시작 지점(starting positon)에서 접촉 구형 캡(31)이 상기 주행 면(23)으로부터 적어도 약간 외측으로 돌출된 상태로 상기 회전 바디(22)에 위치한다. 이러한 상태가 도 3b에 예를 들어 도시되어 있다. 상기 센서 요소(29)는, 예를 들어, 코일 포머(coil formers)를 수용하는 컵 코어(cup core)로 형성될 수 있다. 자기 유도(magnetic induction) 측정 프로브 또는 와전류(eddy current) 측정 프로브에 관한 실시예와 상기 센서 요소의 배치에 관한 전체 범위(full scope)는 DE 10 2005 054 593 A1를 참조한다. 대안적으로, 동일하거나 서로 다른 복수 개의 센서 요소(29)는 동일하거나 서로 다른 방법에 관한 측정 프로브(28)를 형성할 수 있다.

상기 측정 프로브(28)는 상기 회전 바디(28)에 대해 탄성적이고(resiliently) 플렉서블하게(flexibly) 장착되는데, 즉, 상기 센서 요소(29)는 각 범위(angular range)(33) 내의 적용움직임(movement of application) 동안 싱크되고(sunk) 외측으로 다시 가이드될 수 있다. 상기 접촉 구형 캡(31)은 측정될 표면(12) 위를 굴러간다. 이러한 센서 요소(29)의 탄성적이고 플렉서블한 구조는 정의된(defined) 최대 측정력(maximum measuring force)이 적용되고, 상기 센서 요소(29)가 각 측정 포인트(16)에서 측정될 표면에 안정적으로 적용될(applied) 수 있는 이점을 제공한다.

제1실시예에 따르면, 상기 측정 프로브(28)는 서로 평행한 두 개의 스프링 부재(spring element)(35), 특히 판 스프링(leaf spring) 부재에 의해 수용되며, 상기 스프링 부재는 상기 센서 요소(29)가 베어링(36)과 평행하게 움직이는 것을 가능하게 한다. 상기 센서 요소(29)는 측정 포인트(16)에서 측정될 표면(12)과 수직하도록 배치된다.

대안적으로, DE 10 2005 054 593 A1에 따른 측정 프로브가 제공될 수 있다. 즉, 다이어프램 방식(diaphragm-like)의 스프링 부재에 의해 수용되는 접촉 구형 캡(31)을 가지는 센서 요소(29)가 제공될 수 있다. 이러한 다이어프램 방식의 스프링 부재를 이용한 구조는 또한 방수 구조(water-tight arrangement)가 생성될 수 있는 이점을 제공하는데, 이는 상기 센서 요소(29)가 탄성적이고 플렉서블한 방식으로 장착되고, 상기 측정 프로브가 그 내부에 배치되는, 상기 측정 프로브(28)의 하우징의 가장자리 또는 측회전 바디(22)의 수용공간에 대한 방수 구조가 상기 다이어프램 방식의 스프링 부재에 의해 가능하게 된다는 것을 의미한다. 따라서, 측정이 수중에서도 가능하다. 상기 도 3a와 도 3b에 도시된 측정 프로브와 스프링 베어링(spring bearing)은 상기 회전 바디의 수용공간 내에 배치될 수 있다.

상기 장치(21)에서, 개별적인 측정 포인트(16)에서의 측정값을 저장하는 적어도 하나의 저장 매체(storage medium), 특히 IC 칩(chip)이 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 전송 및 수신 수단(transmitting and receiving means)(38)이 상기 회전 바디(22)에 구비될 수 있으며, 따라서 상기 획득된 측정값은 평가 수단(자세히 도시되지 않음)으로 무선으로 전송된다. 또한, 하나의 데이터 인터페이스(data interface) 또는 복수 개의 데이터 인터페이스가 상기 회전 바디(22)의 외측면(outer face)에 구비될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c에 따른 실시예에 따르면, 상기 회전 바디(22)는 단 하나의 측정 프로브(28)를 수용한다. 상기 회전 바디(22)가 측정될 표면(12)을 따라 굴러갈 때, 상기 센서 요소(29)는 사이클로이드 경로(cycloid path)를 따라 가이드되며, 이에 의해 측정 값을 획득하기 위해 상기 측정 프로브(28)는 등거리에 있는 측정 포인트(16)와 접촉한다. 도 3a는 측정될 표면(12)과 측정 프로브(28)가 접촉하기 직전(shortly before)의 측정 프로브(28)를 가지는 회전 바디(22)의 위치를 보여준다. 도 3b는 상기 회전 바디(22)가 측정될 표면(12)을 따라 더 굴러갔을 때 측정 포인트(16)에서 측정될 표면(12)에 대한 측정 프로브(28)의 접촉 지점을 보여준다. 측정 포인트(16)에 도달하기 직전에 접촉 구형 캡(31)은 측정될 표면(12)과 접촉하며, 측정 포인트(16)에 도달한 직후(shortly after)에는 측정 프로브(28)는 측정될 표면에서 완전히(fully) 제거된다(removed). 이 경우, 상기 센서 요소(29)는 측정될 표면(12)을 따라 위치하지는 않는다. 상기 접촉 구형 캡(31)이 측정될 표면(12)에 적용(application)하기 위한 각 범위(33)는 상기 회전 바디(22)의 원주(circumference) 및/또는 접촉 구형 캡(31)이 회전 바디(22)의 주행 면(23)으로부터 돌출된 정도(extent)에 따라 결정된다.

더불어, 두 개 이상의 측정 프로브(28)가 원주를 따라 일정한 거리를 두고 하나의 회전 바디(22)에 구비될 수 있다. 예를 들어, 큰 직경(large diameter)을 가지는 회전 바디(22)는 3개의 측정 프로브(28)를 포함할 수 있으며, 작은 직경(small diameter)을 가지는 회전 바디(22)는 단 하나의 측정 프로브(28)를 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 경우 회전 바디들을 이용하여 부분 영역(14)의 동일한 등거리 측정 포인트(16)에서 측정값이 획득될 수 있다.

측정값을 획득할 때, 측정값은 각 행을 따라 연속적으로 동시에 할당되며(allocated), 각 행도 또한 상기 부분 영역 내의 다른 행에 대하여 할당된다. 따라서, 측정값을 평가할 때, 매트릭스 내의 각 측정 포인트에서 할당(allocation)이 동시에 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 부분 영역 내에서 층 두께의 변화가 인식될 수 있다.

도 3a에 도시된 장치는 간단한 조작이 가능한 회전 프로브(rotating probe)를 표현하고 있다. 상기 회전 프로브는 손으로 가이드될 수 있을 뿐만 아니라, 기계에 의하여 홀딩되거나 조작수단(handling means)에 의해 표면을 따라 이동될 수 있다.

도 4는 도 3a 내지 도 3c의 실시예의 대안적인 실시예를 나타내고 있다. 이 장치(21)는, 예를 들어, 공동강성 축(common rigid axle)(41)으로 상호 연결된 두 개의 회전 바디(22)를 포함한다. 각 회전 바디(22)는 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 포함한다. 두 회전 바디(22)는 서로 동일한 각 위치(angular position)을 가지도록 오리엔팅(orienting)된다. 바람직하게는, 두 회전 바디(22) 사이의 거리는 부분 영역(14)의 두 행(17) 사이의 거리 △·lv에 대응된다. 이러한 구조는, 2점 지지(two-point support)의 결과로서 측정될 표면(12)에 대해 틸트없는(tilt-free) 방식으로 회전 바디(22)가 배치될 수 있는 효과를 제공한다.

대안적으로, 두 개의 회전 바디(22) 중 단 하나의 회전바디만 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 수용할 수 있으며, 나머지 회전 바디(22)는 용이한 방법으로 단지 오리엔팅되고 가이드될 수 있다. 상기 회전 바디(22)는 측정될 표면(12)에 대한 측정 프로브(28)를 포함한다.

도 5는 도 4에 나타낸 예의 장치(21)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 장치(21)는 스톱 와셔(stop washer)(49)또는 스톱 링(stop ring)으로 형성된 스톱 장치(48)가 회전 바디(22)에 부착되거나 일체(one piece)로 부착되거나 통합적으로 몰드(mould)될 수 있는 점에서 다르다. 따라서, 상기 장치(21)가 스톱 장치(48)를 통해 측정될 표면(12)의 가장자리(edge)(51)를 따라 가이드되는 것이 가능하다. 바람직하게는, 스톱 와셔(49) 또는 스톱 링은 상기 회전 바디(12)에 교체 가능하도록(replaceable) 구비되며, 상기 회전 바디(22)의 둘레보다 더 큰 둘레를 가지도록 구성된다. 바람직하게는 상기 스톱 와셔(49)는 측면 둘레 벽(lateral peripheral wall) 위에 위치하는 스페이서 링(spacer ring)(50)을 포함한다. 이러한 스페이서 링에 의해, 상기 회전 장치의 측정 프로브(28)와 검사될 가장자리(51) 사이의 거리가 정확히 조절될 수 있다. 이것은 위와 같은 스페이서 링(50)을 통해 측정될 표면의 가장자리로부터의 거리의 관점에서 다른 두께와 폭을 갖도록 상기 측정 프로브(28)가 조절될 수 있다는 것을 의미한다.

예를 들어, 거리 △·lv를 따라 연속적으로 배치된 측정 포인트(16)의 매트릭스는 도 6에서 확인될 수 있으며, 상기 매트릭스는 회전 장치(22) 사이의 거리가 △·lv인 장치(21)에 의해 검출될 수 있다. 측정될 표면의 가장자리와 직접적으로 관계된(directly associated with) 측정 포인트들 사이의 거리는, 예를 들어서 0.2 내지 2mm의 거리가 관측될 수 있는 방식으로 상기 스페이서 링(50)을 통해 조절될 수 있다.

상기 스톱 장치(48)는 단지 하나의 회전 바디(22)로 구성된 장치(11)에 배치될 수도 있다.

더불어, 도 7a 및 7b는 장치(21)의 대안적인 실시예의 개략도를 제공한다. 이 장치(21)는 언더캐리지(undercarriage)(43) 위의 축(axle)(41)을 수용하는 측정 캐리지(measuring carriage)로 구성된다. 추가적으로, 가이드 롤러(45)가 두 개의 회전 바디(22)와 함께 상기 언더캐리지(43)에 구비될 수 있으며, 상기 측정 캐리지에 대해 3점 베어링 방식(type of three-point bearing)을 형성한다. 상기 측정 캐리지는 바(bar)(26)를 통해 부분 영역을 따라 가이드될 수 있다. 측정될 표면의 구조(특히 선박의 표면과 같은 가파른 구조)에 따라 하나 이상의 홀딩 자석(holding magnet)(46)이 언더캐리지(43)에 구비될 수 있으며, 따라서 여전히 상기 장치(21)와 측정될 표면(12) 사이의 안정적인 접촉이 보장된다.

대안적으로, 도 7a 및 7b에 따른 측정 캐리지는 자기 내재 주행(self-contained drive)으로 구성될 수 있으며, 따라서 부분 영역(14)의 행(17)들을 따라 독립적으로 이동할 수 있다.

더불어, 바람직하게는 상기 측정 캐리지는 무선 제어를 통해 작동될 수 있다. 따라서, 이러한 방법에 의해 상기 장치(21)의 이동은 제어되고 조종될 수 있다. 예를 들어 선박의 외피 위의 코팅의 퀄러티를 검출하기 위해, 먼저 도 3a 내지 3c에 따른 상기 회전 프로브(28)는 부분 영역(14)의 각 행(17)을 지나간다. 이 부분 영역(14)에 대한 상기 측정 포인트(16)에서 획득된 측정값들은 획득되고 저장된다. 상기 부분 영역(14)에 대한 층 두께의 평균값

는 상기 측정값들로부터 확정된다. 추가적으로 코팅의 퀄러티를 평가하기 위해, 층 두께의 평균값

가 코팅에 대한 기 설정된 최소값(predetermined minimum value) 보다 충분히 더 커야 한다. 최소값과 평균값 사이의 요구되는 차이(necessary gap)는 코팅 프로세스에 내재된(immanent) 분산(dispersion) S에 의존한다. 바람직하게는 편차 계수(coefficient of variation) v가 분산 S에 대한 측정 수단으로서 이용된다. 이 편차 계수는 측정된 층 두께 값들의 평균값

와 표준편차(standard deviation) s의 비(ratio)이다. 즉,

(퍼센트)이다. 따라서, 이 편차 계수 V는 코팅의 비교값(comparative value) 또는 퀄리티 값(quality value)으로 간주될 수 있다.

편차 계수의 백분율 범위 차이(difference percentage ranges)는 각 영역의 적용과 평가에 관한 평가 프로세스 결과로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 최대 1% 범위(range)까지는 훌륭함(excellent), 5% 범위까지는 좋음(good), 10% 범위까지는 적합(adequate), 15%의 편차 계수는 부적합(inadequate)으로 분류될 수 있다. 이러한 범위들은 색깔에 의해 등급이 매겨질 수 있다. 각 부분 영역(14)에 대한 해당 편차 계수가 확정되었을 때, 상기 범위들의 비교를 통해 상기 부분 영역(14)이 좋은(good), 적합(adequate) 또는 부적합(inadequate) 코팅을 나타내는지 결정하는 것이 가능하다.

이러한 것이 기초하여, 예를 들어, 선박의 외피의 코팅에 적용할 때 모니터링(monitoring) 및 평가 (evaluation) 절차(procedure)가 수행될 수 있다. 상기 분산 및 상기 편차 계수가 감소한다면, 평균값에 대한 디폴트(default)가 낮아지기 때문에 코팅 물질을 적용할 때 상당한 절약이 항상 달성될 수 있다. 그러나, 평균값과 결정된 최소값 사이의 차이가 너무 작다면, 예상되는 쇼트폴 양(shortfall amount)이 필연적으로 커지게 된다. 즉, 따라서 요구되는 차후 개선(subsequent improvement)이 더 비싸지게 된다. 이러한 점을 고려할 때, 백분율로 표현되는 일정한 리스크(predetermined risk)에 기초하여 도 8에 따른 첨부 차트(accompanying chart)의 평가(assessment)가 이루어질 수 있다. 이 차트에서 평균값

와 최소 층 두께 Tmin 사이의 비율이 X축을 따라 플롯(plot)되어 있다. 에러 마진(error of margin)을 가지는 리스크(risk)(단위 %)가 Y축을 따라 플롯되어 있다. 여기서, 최소 층 두께에 대한 평균값의 비율에 대한 함수로서 최소 층 두께의 쇼트폴 양이, 예를 들어 V가 V=15%, V=20% 및 V=25%일 때와 같은 편차 계수에 따라 주어진다. 예를 들어, 리스크가 1%, 편차 계수가 25%로 선택될 때, 대략 1.85의 비(ratio)가 관찰된다. 즉, 1% 에러 마진의 리스크를 가지고 충분한 코팅을 달성하기 위해서는 최소 층 두께의 값과 평균값 사이의 차이가 1.8배로 관측되어야 한다. 따라서, 코팅 절차 후에 퀄러티 평가(quality assessment)가 바로 수행될 수 있으며, 이것은 선박의 외피와 같은 케이스에서, 적용되는 프로세스 내에서 현재 추가 적용 두께(further application thicknesses)가 이 지점에서 바뀔 수 있다. 확정된 층 두께가 불충분한 경우 이것을 보상하는 것이 여전히 가능함으로써, 적용될 추가 코팅의 층 두께가 결정될 수 있다. 따라서, 생산을 감소시킬 수 있으며, 또한, 코팅 프로세스를 보호(safeguard)하는 것이 가능하다.

Claims

측정값을 획득하기 위해 측정될 표면(12)에 적용되는, 적어도 하나의 센서 요소(29)와 상기 센서 요소(29)에 결합된 적어도 하나의 접촉 구형 캡(31)을 포함하는 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 이용하여 측정될 대면적 표면(12) 위의 얇은 층의 두께를 측정하는 방법에 있어서,
- 상기 측정될 대면적 표면(12)을 개별적인 부분 영역들(individual partial areas)(14)로 분할하는 단계;
- 검사될 각 부분 영역(14)에 대해 측정 포인트(16)의 매트릭스를 결정하는 단계;
- 상기 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 가지는 장치(21)를 이용하여 상기 부분 영역(14)의 매트릭스의 적어도 하나의 행(17)을 따라 적어도 하나의 등거리 측정 포인트(16)에서 측정값을 획득하는 단계; 및
- 상기 부분 영역(14)에서 상기 매트릭스의 모든 행(17)에 대해 연속적으로 측정값을 획득하고 평가하는 단계;를 포함하며,
상기 장치(21)는, 적어도 하나의 주행 면(23)을 포함하고 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 수용하는 적어도 하나의 회전 바디(22)를 포함하고,
상기 장치는 상기 측정될 표면(12) 위에 위치하고, 하나의 행을 따라 구르는 얇은 층의 두께를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 측정 프로브(28)는 사이클로이드 경로를 따라 상기 측정될 표면(12) 위에서 가이드되고 개별적인 측정 포인트(16)에 대하여 접촉하는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 회전 바디(22)의 지름보다 더 큰 지름을 가지는 스톱 장치(48)가 상기 회전 바디(22)에 부착되고, 상기 스톱 장치(48)를 포함하는 상기 장치(21)는 상기 측정될 표면(12)의 가장자리를 따라 가이드되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 포함하는 상기 장치(21)는 일정한 정규 시간 간격(predetermined regular time interval)으로 측정될 회전 표면(rotating surface)(12)에 위에 위치하거나 밴드 방식(band-like manner)으로 가이드되는 측정될 표면(12)에 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
평균값
와 표준편차 s는 각 부분 영역(14)의 상기 측정값으로부터 결정되고, 이로부터 코팅의 퀄러티를 평가하기 위한 평가 차트와의 비교값으로서 비교되는 편차 계수 V(=100 ×s/
)가 확정되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 측정될 대면적 표면 위의 얇은 층의 두께를 측정하는 장치는,
적어도 하나의 센서 요소(29)와 상기 센서 요소(29)와 연관된 적어도 하나의 접촉 구형 캡(31)을 포함하는 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 측정 프로브(28)는 주행 면(23)를 포함하는 회전 바디(22)에 배치되고,
상기 측정 프로브(28)의 상기 접촉 구형 캡(31)은 상기 주행 면(23)으로부터 반경 방향으로 적어도 약간 외측으로 돌출되며 상기 회전 바디(22)와 같이 회전하도록 배치되고,
상기 측정 프로브(28)는 상기 측정될 표면(12)에 대해 사이클로이드 경로를 따라 가이드되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제6항에 있어서,
2개 이상의 회전 바디(22)가 공동 축에 회전가능하게 장착되고 가이드되도록 구비되며,
하나의 회전 바디(22)만이 상기 적어도 하나의 측정 프로브(28)를 수용하는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제6항에 있어서,
각각이 적어도 하나의 측정 프로브(21)를 수용하는 2개 이상의 회전 바디(22)가 강성 축(41)에 결합되고, 상기 측정 프로브(28)는 동일 각 위치(angular position)에 오리엔팅되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 측정 프로브(28)는, 상기 주행 면(23)에 대해 상기 회전 바디(22)의 내부로 싱크되도록 탄성적이고 플렉서블하게 장착되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제9항에 있어서,
상기 측정 프로브(28)는, 평행하고 서로 이격된 평평한(flat)두 개의 스프링 부재를 포함하는 스프링 어셈블리 또는 다이어프램 방식의 스프링 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 측정 프로브(28)의 측정값을 위해 적어도 하나의 저장수단(37)이 상기 회전 바디(22)에 구비되고, 상기 측정값을 읽기 위한 인터페이스 및 평가 수단으로 무선 데이터 전송을 위한 전송 및 수신 수단(38)이 상기 회전 바디(22)에 구비되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제6항에 있어서,
하나의 회전 바디(22)에는 스톱 장치(48)가 구비되고, 상기 스톱 장치(48)의 외경은 상기 회전 바디(22)의 외경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제12항에 있어서
상기 스톱 장치(48)의 측면 둘레 벽에는 스페이서 링(50)이 교체 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제6항에 있어서,
적어도 하나의 측정 프로브를 포함하는 적어도 하나의 회전 바디(22)는 적어도 하나의 가이드 롤러(45)를 포함하는 측정 캐리지에 구비되는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 측정 캐리지는 홀딩 자석(46)이 구비하는 언더캐리지(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.
제6항에 있어서,
클리닝 장치가, 그 면이 상기 적어도 하나의 측정 프로브(28)로부터 돌출하는 상기 회전 바디(22)의 상기 주행 면(23)과 연관되고, 상기 클리닝 장치는 상기 측정 프로브(28)의 적어도 하나의 접촉 구형 캡(31)을 청소하는 것을 특징으로 하는 얇은 층의 두께를 측정하는 장치.