KR102272892B1 - 실시간 점도 측정장치 및 실시간 점도 측정방법 - Google Patents

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KR102272892B1
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김정철
이공훈
송찬호
신정헌
손상호
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명의 일실시예는 제조라인 상에서 제조되는 용액의 점도를 실시간으로 측정할 수 있는 실시간 점도 측정장치 및 실시간 점도 측정방법을 제공한다. 여기서, 실시간 점도측정장치는 흡수부재, 구동부, 로드셀 그리고 산축부를 포함한다. 흡수부재는 용액의 상측에 구비된다. 구동부는 흡수부재가 하강이동 이동되도록 하고, 흡수부재가 용액에 접촉되면 흡수부재의 하강이동이 정지되도록 한다. 로드셀은 흡수부재에 결합되고, 흡수부재가 하강하여 용액에 접촉되는 시점에서 용액이 흡수부재를 하측으로 당기는 제1힘과, 흡수부재가 용액에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간에서 흡수부재에 흡수된 용액에 의해 흡수부재가 하측으로 당겨지는 제2힘을 측정한다. 산출부는 제1힘 및 제2힘을 기초로 용액의 점도를 실시간으로 산출한다.

Description

실시간 점도 측정장치 및 실시간 점도 측정방법{APPARATUS FOR MEASURING VISCOSITY IN REAL TIME AND METHOD OF MEASURING VISCOSITY IN REAL TIME}
본 발명은 실시간 점도 측정장치 및 실시간 점도 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조라인 상에서 제조되는 용액의 점도를 실시간으로 측정할 수 있는 실시간 점도 측정장치 및 실시간 점도 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 용액을 생산하게 되면 생산된 용액의 점도를 측정하여 양품과 불량품을 구분하게 된다.
도 1은 종래에 점도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 종래에는 공정경로(20)를 따라 흐르는 용액(10)이 용기(30)에 저장되면 용기(30)에 저장된 용액(10)을 채취하고, 채취된 용액(10)을 분석실로 옮겨 분석실에서 점도를 측정하게 된다. 따라서, 용액(10)의 점도 측정 시간이 오래 소요되는 문제점이 있다. 또한, 용액(10)의 점도를 측정하는 동안에는 공정속도를 줄이고, 용액(10)의 점도 측정결과가 나온 후에는 다시 공정의 속도를 높여 용액을 제조하게 되기 때문에, 공정 시간이 증가하게 되는 문제점이 있다. 더욱이 측정된 점도가 합격 판정 범위를 벗어나는 경우, 이미 제조된 용액을 사용할 수 없게 되므로, 큰 피해가 발생하게 된다.
제조라인 상의 적어도 하나의 임의 지점(40)에서 용액의 점도를 실시간으로 측정 가능하다면, 측정된 용액의 점도가 합격 판정 범위를 벗어나는 경우 제조라인을 정지하는 등의 조치 후 불량 원인을 개선하여 다시 제조라인을 가동하면 되기 때문에, 공정시간이 단축되고 용액의 수율도 개선될 수 있을 것이다. 따라서, 제조라인 상에서 용액의 점도를 실시간으로 측정하기 위한 기술이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제 2011-0037507호(2011.04.13. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제조라인 상에서 제조되는 용액의 점도를 실시간으로 측정할 수 있는 실시간 점도 측정장치 및 실시간 점도 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 용액의 상측에 구비되는 흡수부재; 상기 흡수부재가 하강이동 이동되도록 하고, 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되면 상기 흡수부재의 하강이동이 정지되도록 하는 구동부; 상기 흡수부재에 결합되고, 상기 흡수부재가 하강하여 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 용액이 상기 흡수부재를 하측으로 당기는 제1힘과, 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간에서 상기 흡수부재에 흡수된 상기 용액에 의해 상기 흡수부재가 하측으로 당겨지는 제2힘을 측정하는 로드셀; 그리고 상기 제1힘 및 상기 제2힘을 기초로 상기 용액의 점도를 실시간으로 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 점도 측정장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 흡수부재는 일정 두께를 가지는 베이스부재와, 상기 베이스부재에 형성되는 복수의 포어(Pore)를 가지고, 상기 용액이 흡수되도록 하는 모세관력이 발생되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 흡수부재는 베이스부재와, 상기 베이스부재의 표면에 돌출 형성되는 복수의 필러(Pillar)를 가지고, 상기 용액이 흡수되도록 하는 모세관력이 발생되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스부재는 실리콘 웨이퍼이고, 상기 필러는 상기 실리콘 웨이퍼가 식각되어 형성되며, 상기 베이스부재 및 상기 필러의 표면에는 친수성 코팅층이 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 로드셀에 측정되는 힘이 상기 흡수부재의 하중을 초과하면 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 것으로 판정하고, 상기 흡수부재의 하강이 정지되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 구동부가 용액의 상측에 구비되는 흡수부재를 상기 용액으로 하강시켜 상기 용액에 접촉시키는 접촉단계; 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 용액이 상기 흡수부재를 하측으로 당기는 제1힘을 로드셀이 측정하는 제1힘 측정단계; 상기 로드셀이 상기 제1힘을 측정함과 동시에 상기 구동부가 상기 흡수부재의 하강을 정지시키는 정지단계; 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간에서 상기 흡수부재에 흡수된 상기 용액에 의해 상기 흡수부재가 하측으로 당겨지는 제2힘을 상기 로드셀이 측정하는 제2힘 측정단계; 그리고 산출부가 상기 제1힘 및 상기 제2힘을 기초로 상기 용액의 점도를 실시간으로 산출하는 점도산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 점도 측정방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 정지단계에서, 제어부는 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 로드셀에 측정되는 힘이 상기 흡수부재의 하중을 초과하면 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 것으로 판정하고, 상기 흡수부재의 하강이 정지되도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 흡수부재를 용액에 접촉시켜 흡수되는 용액과 관련된 정보를 이용하여 용액의 점도가 실시간으로 측정되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 흡수부재가 용액에 접촉되어 획득되는 정보를 통해 용액의 점도가 산출될 수 있기 때문에, 제조라인 상에서 적용될 수 있으며, 이를 통해, 측정되는 용액의 점도에 따른 신속한 공정조건 변경이 가능할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래에 점도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 점도 측정장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 도 2의 흡수부재의 일 형태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 2의 흡수부재의 다른 형태를 나타낸 예시도이다.
도 5는 도 2의 실시간 점도 측정장치를 이용하여 제1힘을 측정하는 공정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 2의 흡수부재가 용액에 접촉되는 시점에서 흡수부재가 하측으로 당겨지는 힘의 그래프이다.
도 7은 도 2의 실시간 점도 측정장치를 이용하여 용액의 점도를 산출하는 공정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 도 7의 흡수부재에 흡수된 용액에 의해 흡수부재가 하측으로 당겨지는 힘의 그래프이다.
도 9는 도 2의 흡수부재의 높이방향 단면을 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 점도 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 점도 측정장치를 나타낸 예시도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 실시간 점도측정장치는 흡수부재(100), 구동부(200), 로드셀(300) 그리고 산출부(400)를 포함할 수 있다.
흡수부재(100)는 공정경로(20) 상의 용액(10)의 상측에 구비될 수 있다. 여기서, 용액(10)은 특정하게 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 접착액일 수 있다.
구동부(200)는 흡수부재(100)가 하강이동 이동되도록 하고, 흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉되면 흡수부재(100)의 하강이동이 정지되도록 할 수 있다.
로드셀(300)은 흡수부재(100)에 결합되고, 흡수부재(100)가 하강하여 용액(10)에 접촉되는 시점에서 용액(10)이 흡수부재(100)를 하측으로 당기는 제1힘과, 흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간에서 흡수부재(100)에 흡수된 용액(10)에 의해 흡수부재(100)가 하측으로 당겨지는 제2힘을 측정할 수 있다.
산출부(400)는 제1힘 및 제2힘을 기초로 용액(10)의 점도를 실시간으로 산출할 수 있다.
이하, 실시간 점도 측정장치에 대해서 상세히 설명한다.
도 3은 도 2의 흡수부재의 일 형태를 나타낸 예시도이다.
도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 흡수부재(100a)는 베이스부재(110a)와 포어(Pore)(120a)을 가질 수 있다. 베이스부재(110a)는 일정 두께를 가질 수 있으며, 따라서, 흡수부재(100a)는 일정 두께를 갖는 다공성 구조일 수 있다.
베이스부재(110a)는 고정블록(150)의 외면에 부착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 고정블록(150)에 해당하는 부분까지 모두 베이스부재(110a)로 형성될 수도 있다.
연결로드(151)는 로드셀(300)과 고정블록(150)을 연결할 수 있으며, 로드셀(300)은 흡수부재(100a)가 중력방향으로 당겨지는 힘(하중)을 측정할 수 있다.
흡수부재(100a)는 포어(120a)가 형성되는 형태라면 특정하게 한정되지는 않으며, 예를 들면, 스펀지 또는 부직포와 같은 소재로 구현될 수 있다.
흡수부재(100a)는 용액(10)이 흡수되도록 하는 모세관력이 발생되도록 할 수 있다. 따라서, 용액(10)이 흡수부재(100a)에 접촉되면 용액(10)은 모세관 현상에 의해 흡수부재(100a)에 흡수될 수 있다.
도 4는 도 2의 흡수부재의 다른 형태를 나타낸 예시도이다.
도 2 및 도 4에서 보는 바와 같이, 흡수부재(100b)는 베이스부재(110b)와, 베이스부재(110b)의 표면에 돌출 형성되는 복수의 필러(Pillar)(120b)를 가질 수 있다.
본 형태에서도 베이스부재(110b)는 고정블록(150)의 외면에 부착될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 고정블록(150)에 해당하는 부분까지 모두 베이스부재(110b)로 형성될 수도 있다.
흡수부재(100b)는 필러(120b)에 의해 용액(10)이 흡수되도록 하는 모세관력이 발생되도록 할 수 있으며, 따라서, 용액(10)이 흡수부재(100b)에 접촉되면 모세관 현상에 의해 용액(10)은 흡수부재(100b)에 흡수될 수 있다.
흡수부재(100b)는 실리콘 웨이퍼로 제조될 수 있다. 이 경우, 실리콘 웨이퍼를 심도 반응성 이온 에칭(DRIE, Deep Reactive Ion Etched)하여 필러가 형성되도록 할 수 있다. 그리고, 베이스부재(110b) 및 필러(120b)의 표면에는 친수성 코팅층(미도시)이 마련될 수 있다.
이러한 형태의 흡수부재(100b)는 필러(120b)에 의한 모세관 현상과 친수성 코팅층에 의한 친수성질이 더 발생될 수 있기 때문에, 용액(10)은 흡수부재(100b)에 효과적으로 흡수될 수 있다.
도 5는 도 2의 실시간 점도 측정장치를 이용하여 제1힘을 측정하는 공정을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6은 도 2의 흡수부재가 용액에 접촉되는 시점에서 흡수부재가 하측으로 당겨지는 힘의 그래프이다.
도 2와 함께 도 5에서 보는 바와 같이, 제조라인 상의 용액(10)의 상부에 구비되는 흡수부재(100)는 구동부(200)에 의해 하강 이동될 수 있다(도 5의 (a) 참조). 구동부(200)는 흡수부재(100)를 단독으로 하강시키거나, 흡수부재(100) 및 로드셀(300)을 함께 하강시키도록 구성될 수 있다.
이후, 흡수부재(100)가 하강하여 흡수부재(100)의 하단부가 용액(10)에 접촉되면 용액(10)은 흡수부재(100)에 흡수되게 된다(도 5의 (b) 참조).
도 6에서 보는 바와 같이, 흡수부재(100)가 용액(10)의 상부에 이격되어 구비되는 동안에는, 로드셀(300)에는 흡수부재(100)의 하중(힘)(F0)이 센싱될 수 있다.
그러다가, 흡수부재(100)가 하강하여 흡수부재(100)의 하단부가 용액(10)에 근접되어 접촉되는 시점(T1)에서는 용액(10)의 표면장력에 의해 용액(10)이 순간적으로 흡수부재(100)에 흡수된다. 그러면 용액(10)은 흡수부재(100)를 하측으로 당기게 되고, 로드셀(300)에서 감지되는 힘은 순간적으로 증가될 수 있다.
흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉되고 표면장력에 의해 순간적으로 흡수부재(100)로 용액(10)의 흡수가 개시되는 순간은 극히 짧은 시간일 수 있으며, 이러한 순간적인 흡수가 끝나는 순간흡수종료시점(T2)에서 흡수부재(100)를 하측으로 당기는 힘은 미세하게 작아질 수 있다. 즉, 흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉되는 시점(T1)에서부터 용액(10)이 흡수부재(100)를 하측으로 당기는 힘의 그래프의 기울기는 급격한 플러스 기울기(S1)를 가지다가, 어느 시점부터는 완만한 플러스 기울기(S2)를 가질 수 있다. 그리고, 급격한 플러스 기울기(S1)에서 완만한 플러스 기울기(S2)로 변하는 그 시점은 순간흡수종료시점(T2)일 수 있다. 흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉되는 시점(T1)에서 순간흡수종료시점(T2)까지는 극히 짧은 시간일 수 있다.
실시간 점도 측정장치는 제어부(500)를 포함할 수 있으며, 제어부(500)는 용액(10)이 흡수부재(100)를 하측으로 당기는 힘이 흡수부재(100)의 하중(힘)(F0)을 초과하면 흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉된 것으로 판정할 수 있다. 여기서, 흡수부재(100)의 하중(힘)(F0)은 용액(10)이 흡수되지 않은 상태에서의 흡수부재(100) 자체의 하중일 수 있다.
그리고, 제어부(500)는 흡수부재(100)의 하강이 정지되도록 구동부(200)를 제어할 수 있다. 그러면 흡수부재(100)가 고정된 상태에서 용액(10)은 흡수부재(100)로 계속해서 흡수될 수 있다.
로드셀(300)은 순간흡수종료시점(T2)에서 용액(10)이 흡수부재(100)를 하측으로 당기는 힘을 제1힘(F1)으로 판정할 수 있다.
도 7은 도 2의 실시간 점도 측정장치를 이용하여 용액의 점도를 산출하는 공정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 및 도 7에서 보는 바와 같이, 흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉되어 용액(11)이 흡수부재(100)에 흡수 개시되고(도 7의 (a) 참조), 시간이 경과하면 용액(10)의 흡수가 진행되어 흡수부재(100)에 흡수된 용액(12)의 양이 증가할 수 있다(도 7의 (b) 참조).
용액(10)이 흡수부재(100)에 흡수되어 상승되는 상승속도는 아래 식(1)과 같이 표현될 수 있다.
식(1) --- U = k(σ / μH)
여기서, U는 용액의 상승속도, H는 흡수부재에서 용액의 상승높이, μ는 용액의 점도이고, σ는 용액의 표면장력이다.
용액의 표면장력(σ)은 로드셀에서 측정되는 힘(F)과 흡수부재(100)의 둘레길이(s)로부터 획득될 수 있다. 즉, σ = F / s 일 수 있다. 그리고, 상기 힘(F)은 순간흡수종료시점(T2)에서 용액(10)이 흡수부재(100)를 하측으로 당기는 제1힘(F1)과 흡수부재(100)의 하중(힘)(F0)의 차이 힘일 수 있다. 즉, F = F1 - F0 일 수 있다.
한편, 비례상수(k = (UμH / σ))는 표면장력, 밀도 및 점도를 알고 있는 다른 용액을 통하여 획득될 수 있다. 즉, 다른 용액을 이용하더라도 비례상수(k) 및 식(1)은 변하지 않으므로 다른 용액을 통하여 비례상수(k)가 획득되어 사용될 수 있다.
이처럼, 용액의 상승속도(U)는 용액의 표면장력(σ)에 비례하고, 용액의 상승속도(U)는 흡수부재에서 용액의 상승높이(H) 및 용액의 점도(μ)에 반비례할 수 있다.
그리고, 위 식(1)로부터 점도를 구하는 아래 식(2)가 도출될 수 있다.
식(2) --- μ ∝ (σ / UH)
즉, 용액(10)의 점도(μ)는 로드셀에서 측정되는 힘(F)을 이용하여 도출되는 표면장력(σ), 흡수부재(100)에서 용액(10)의 상승속도(U) 및 흡수부재(100)에서 용액(10)의 상승높이(H)를 구함으로써 산출될 수 있다.
도 8은 도 7의 흡수부재에 흡수된 용액에 의해 흡수부재가 하측으로 당겨지는 힘의 그래프이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 로드셀(300)에 의해 제1힘(F1)이 측정되는 순간흡수종료시점(T2) 이후, 용액(10)이 흡수부재(100)에 계속해서 흡수됨에 따라 로드셀(300)에서 측정되는 힘(하중)은 계속해서 증가될 수 있다.
로드셀(300)은 흡수부재(100)가 용액(10)에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간(T3)에서 흡수부재(100)에 흡수된 용액(12)에 의해 흡수부재(100)가 하측으로 당겨지는 제2힘(F2)을 측정할 수 있다.
제1힘(F1) 및 제2힘(F2)의 차이는 아래 식(3)으로 표현될 수 있다.
식(3) --- F2 - F1 = mg
여기서, m은 용액의 질량, g는 중력가속도이며, 위 식(3)으로부터 용액의 질량(m)이 산출될 수 있다.
그리고, 용액의 질량(m)은 아래 식(4)와 같이 흡수부재(100)에 흡수된 용액의 부피 및 밀도의 관계식으로 표현될 수 있다.
식(4) --- m = ρHwtε
여기서, ρ는 용액의 밀도이다. 그리고, w는 흡수부재의 상하방향 단면적의 둘레길이, t는 흡수부재의 상하방향 단면적의 두께이며, 따라서, wt는 흡수부재의 상하방향 단면적일 수 있다. ε은 흡수부재의 다공도이다.
도 9는 도 2의 흡수부재의 높이방향 단면을 나타낸 예시도인데, 도 9의 (a)는 도 3의 흡수부재(100a)의 높이방향 단면을 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 도 4의 흡수부재(100b)의 높이방향 단면을 나타낸 것이다.
먼저, 흡수부재가 도 3의 흡수부재(100a)인 경우, 도 9의 (a)에서 보는 바와 같이, 흡수부재(100a)의 한 변의 길이(L)가 모두 동일하다고 가정하면, 흡수부재(100a)의 상하방향 단면적의 둘레길이(w)는 4L일 수 있다. 그리고, 흡수부재(100a)의 상하방향 단면적의 두께(t)는 제1두께(t1)일 수 있다.
한편, 여기서의 흡수부재(100a)는 포어(120a)를 가지고, 흡수되는 용액은 포어(120a)에 채워지기 때문에, 식(4)에 다공도(ε)를 적용함으로써 용액의 상승높이(H)가 더욱 정확하게 산출될 수 있다. 다공도(ε)는 동일한 포어를 가지는 흡수부재와 밀도를 알고 있는 다른 용액을 이용하여 획득될 수 있다.
그리고, 흡수부재가 도 4의 흡수부재(100b)인 경우, 도 9의 (b)에서 보는 바와 같이, 흡수부재(100b)의 한 변의 길이(L)가 모두 동일하다고 가정하면, 흡수부재(100b)의 상하방향 단면적의 둘레길이(w)는 4L일 수 있다. 그리고, 흡수부재(100b)의 상하방향 단면적의 두께(t)는 용액(10)이 채워지는 필러(120b)의 높이에 대응되는 제2두께(t2)일 수 있다.
한편, 여기서의 흡수부재(100b)는 필러(120b)를 가지고, 흡수되는 용액은 필러(120b)를 제외한 공간에 채워지는데, 이 경우에도 다공도(ε)는 동일한 필러를 가지는 흡수부재와 밀도를 알고 있는 다른 용액을 이용하여 획득될 수 있다.
산출부(400)는 이러한 방법으로 위 식(4)로부터 흡수부재(100)에서 용액(10)의 상승높이(H)를 계산할 수 있다. 그리고, 산출부(400)는 순간흡수종료시점(T2)부터 미리 정해진 기준 시간(T3) 구간에 대해 흡수부재(100)에서 용액(10)이 상승한 상승높이(H)를 미분함으로써, 용액의 상승속도(U)를 산출할 수 있다. 또한, 산출부(400)는 흡수부재(100)에서 용액(10)의 상승높이(H) 및 흡수부재(100)에서 용액(10)의 상승속도(U)를 기초로 최종적으로는 용액(10)의 점도(μ)를 실시간으로 산출할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시간 점도 측정방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 점도 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10에서 보는 바와 같이, 실시간 점도 측정방법은 접촉단계(S610), 제1힘 측정단계(S620), 정지단계(S630), 제2힘 측정단계(S640) 및 점도산출단계(S650)를 포함할 수 있다.
접촉단계(S610)는 구동부가 용액의 상측에 구비되는 흡수부재를 용액으로 하강시켜 용액에 접촉시키는 단계일 수 있다. 구동부는 흡수부재만 하강시키거나, 흡수부재 및 로드셀을 동시에 하강시킬 수 있다.
제1힘 측정단계(S620)는 흡수부재가 용액에 접촉되는 시점에서 용액이 흡수부재를 하측으로 당기는 제1힘을 로드셀이 측정하는 단계일 수 있다.
정지단계(S630)는 로드셀이 제1힘을 측정함과 동시에 구동부가 흡수부재의 하강을 정지시키는 단계일 수 있다.
정지단계(S630)에서, 제어부는 흡수부재가 용액에 접촉되는 시점에서 로드셀에 측정되는 힘이 흡수부재의 하중을 초과하면 흡수부재가 용액에 접촉된 것으로 판정하고, 구동부를 제어하여 흡수부재의 하강이 정지되도록 할 수 있다.
제2힘 측정단계(S640)는 흡수부재가 용액에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간에서 흡수부재에 흡수된 용액에 의해 흡수부재가 하측으로 당겨지는 제2힘을 로드셀이 측정하는 단계일 수 있다.
점도산출단계(S650)는 산출부가 제1힘 및 제2힘을 기초로 용액의 점도를 실시간으로 산출하는 단계일 수 있다.
점도산출단계(S650)는 흡수높이 및 상승속도 산출단계를 포함할 수 있다.
흡수높이 및 상승속도 산출단계는 산출부가 제1힘, 제2힘, 흡수부재의 상하방향 단면적, 용액의 밀도를 기초로 용액이 흡수부재에 흡수된 높이 및 용액이 흡수부재에 흡수되어 상승되는 상승속도를 산출하는 단계일 수 있다.
점도산출단계(S650)에서는 용액이 흡수부재에 흡수된 높이 및 용액이 흡수부재에 흡수되어 상승되는 상승속도를 기초로 용액의 점도를 실시간으로 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 흡수부재를 용액에 접촉시켜 흡수되는 용액으로부터 획득되는 정보를 이용하여 용액의 점도를 실시간으로 측정할 수 있다. 그리고, 이러한 용액의 실시간 점도 측정이 제조라인 상에서 적용될 수 있기 때문에, 측정되는 용액의 점도에 따른 신속한 공정조건 변경이 가능할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10,11,12: 용액
100,100a,100b: 흡수부재
200: 구동부
300: 로드셀
400: 산출부
500: 제어부

Claims (7)

  1. 용액의 상측에 구비되는 흡수부재;
    상기 흡수부재가 하강이동 이동되도록 하고, 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되면 상기 흡수부재의 하강이동이 정지되도록 하는 구동부;
    상기 흡수부재에 결합되고, 상기 흡수부재가 하강하여 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 용액이 상기 흡수부재를 하측으로 당기는 제1힘과, 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간에서 상기 흡수부재에 흡수된 상기 용액에 의해 상기 흡수부재가 하측으로 당겨지는 제2힘을 측정하는 로드셀;
    상기 제1힘 및 상기 제2힘을 기초로 상기 용액의 점도를 실시간으로 산출하는 산출부; 그리고
    상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 로드셀에 측정되는 힘이 상기 흡수부재의 하중을 초과하면 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 것으로 판정하고, 상기 흡수부재의 하강이 정지되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 점도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수부재는 일정 두께를 가지는 베이스부재와, 상기 베이스부재에 형성되는 복수의 포어(Pore)를 가지고, 상기 용액이 흡수되도록 하는 모세관력이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 점도 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡수부재는 베이스부재와, 상기 베이스부재의 표면에 돌출 형성되는 복수의 필러(Pillar)를 가지고, 상기 용액이 흡수되도록 하는 모세관력이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 점도 측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스부재는 실리콘 웨이퍼이고, 상기 필러는 상기 실리콘 웨이퍼가 식각되어 형성되며, 상기 베이스부재 및 상기 필러의 표면에는 친수성 코팅층이 마련되는 것을 특징으로 하는 실시간 점도 측정장치.
  5. 삭제
  6. 구동부가 용액의 상측에 구비되는 흡수부재를 상기 용액으로 하강시켜 상기 용액에 접촉시키는 접촉단계;
    상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 용액이 상기 흡수부재를 하측으로 당기는 제1힘을 로드셀이 측정하는 제1힘 측정단계;
    상기 로드셀이 상기 제1힘을 측정함과 동시에 상기 구동부가 상기 흡수부재의 하강을 정지시키는 정지단계;
    상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 후, 미리 정해진 기준 시간에서 상기 흡수부재에 흡수된 상기 용액에 의해 상기 흡수부재가 하측으로 당겨지는 제2힘을 상기 로드셀이 측정하는 제2힘 측정단계; 그리고
    산출부가 상기 제1힘 및 상기 제2힘을 기초로 상기 용액의 점도를 실시간으로 산출하는 점도산출단계를 포함하고,
    상기 정지단계에서,
    제어부는 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉되는 시점에서 상기 로드셀에 측정되는 힘이 상기 흡수부재의 하중을 초과하면 상기 흡수부재가 상기 용액에 접촉된 것으로 판정하고, 상기 흡수부재의 하강이 정지되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 점도 측정방법.
  7. 삭제
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