KR102679640B1 - 초음파 워터폴 방식 검사장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파의 조사 경로 상에 물이 토출되는 유로를 형성함으로써 검사 대상체 상의 초음파 조사 위치에 항상 유막이 형성될 수 있도록 하여 검사 오류가 발생하지 않으며, 검사 대상체의 형상에 상관없이 정확한 검사가 이루어질 수 있는 초음파 워터폴 방식 검사장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치는, 물 공급장치로부터 물을 공급받는 유입챔버와, 상기 유입챔버에 하측으로 소정의 길이로 연장되게 형성되어 물을 하측으로 배출하는 토출유로가 형성되어 있는 워터폴모듈; 및, 상기 워터폴모듈의 토출유로의 상측에 동축상으로 설치되어, 토출유로를 통해 검사 대상체에 초음파를 조사하고, 검사 대상체에서 반사된 신호를 검출하는 초음파 변환기;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 초음파 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OLED 패널과 같은 디스플레이패널, 웨이퍼, 잉곳 등의 검사 대상체에 물을 낙하시키고, 낙하하는 물을 매체로 초음파를 조사하여 비파괴방식으로 검사 대상체의 이상 여부를 검사할 수 있는 초음파 워터폴 방식 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 디스플레이장치 또는 유기 발광 디스플레이(OLED) 장치, 반도체 소자 등의 제조 과정에서는 디스플레이 장치 또는 반도체 소자의 부품이 되는 글라스, 웨이퍼, 잉곳을 비롯하여, 완제품인 디스플레이 패널 등의 결함을 검사함으로써 성능과 신뢰도를 높이고 있다.
종래에 디스플레이 패널 또는 반도체 웨이퍼, 잉곳을 검사하는 방법으로는 광원을 이용하여 디스플레이 패널을 구성하는 글라스 또는 액정표시판 등과 같은 투명 부재, 웨이퍼, 잉곳 등에 빛을 조사하면, 결함 또는 이물이 발생된 부분에서 빛의 반사가 발생하고, 이를 검출하여 디스플레이 패널, 또는 웨이퍼, 잉곳 등의 검사 대상체의 불량 유무를 판단하는 방식이 있다.
디스플레이 장치들 중, 유기 발광 디스플레이(OLED) 장치는 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
유기 발광 디스플레이 장치와 같은 디스플레이 패널은 제작 시 다양한 형태의 결함이 발생할 수 있으며, 디스플레이 패널의 이물이나 번짐(얼룩) 및 표면 흠집, 기포 등은 디스플레이의 성능에 악영향을 끼치므로 사전검사를 통해 철저히 검출/제거되어야 한다.
디스플레이 패널의 검사 방법은 육안으로 이물 등을 찾아내는 매크로(Macro) 검사 방법과 현미경을 이용하여 불량 상태를 세밀하게 찾아내는 마이크로(Micro) 검사 방법을 주로 이용한다.
그러나 육안 검사는 정밀성이 떨어지고, 현미경 검사는 검사 시간이 많이 소요되는 단점이 있어, 초음파를 이용한 비파괴 방식의 검사 방법 등 새로운 검사 방법들이 요구되고 있다.
초음파 검사 장치는, 검사 대상체에 초음파를 조사하고, 반사 또는 투과해 온 초음파를 초음파 탐촉자('프로브'라고도 함)로 수신하여 영상화하는 장치이다.
예를 들어, 검사 대상체가 OLED 패널과 같은 디스플레이 패널일 경우, 미세한 결함을 검출할 필요가 있고, 초음파 검사 장치에는, 높은 분해능이 요구된다. 초음파 검사 장치는, 사용하는 초음파의 주파수가 높을수록 높은 분해능을 얻을 수 있지만, 한편으로 사용하는 초음파의 주파수가 높을수록 감쇠가 커져 S/N비가 저하한다. 물은 공기에 비해 초음파의 감쇠의 정도가 작으므로, 통상의 초음파 검사 장치는, 검사 대상체를 수몰시켜서 프로브 선단과 검사 대상체 표면과의 사이를 물로 채운 상태에서 초음파 검사를 수행할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 초음파 검사 장치는, 검사 대상체 내부의 관찰 대상이 되어 있는 계면에 초점을 맞추고, 프로브 선단과 검사 대상체 표면과의 사이의 거리를 일정하게 유지한 상태에서 초음파를 조사하여 얻어진 결과를 영상화함으로써, 결함의 위치나 깊이를 알 수 있도록 되어 있다.
이러한 초음파 검사 장치의 일례로 국내 등록특허 제10-2132673호에 개시된 초음파 워터폴 방식의 OLED 패널 검사장치가 있다. 상기 초음파 워터폴 방식의 OLED 패널 검사장치는, 검사 대상에 물을 흘려주어 유막을 형성하는 유막 형성부, 유막이 형성된 검사 대상에 초음파를 발신하고 검사 대상의 밀도 차에 의해 반사된 신호를 기포 검출 신호로 출력하는 기포 검출부, 및 기포 검출부에서 검출된 기포 검출 신호를 영상으로 변환하는 영상 처리기를 포함하여, 초음파 워터폴 비파괴 검사를 이용하여 OLED 패널 내부의 기포를 검사할 때, 유막(water layer)을 균등화하여 OLED 패널의 검사에 정확성을 도모할 수 있도록 한 것이다.
그러나 상기 등록특허의 검사장치를 비롯한 종래의 초음파 워터폴 방식의 검사장치들은 물을 흘려서 유막을 형성하는 유막 형성부와 검사 대상체 간의 거리가 가까워야 유막이 형성될 수 있기 때문에 검사 대상체가 편평한 평면인 경우에만 균일한 유막이 형성되어 검사가 가능하며, 검사 대상체가 평면이 아닌 구형상이나 실린더 형상 등 입체 형상을 가질 경우에는 유막에 빈 공간이 형성되어 정확한 초음파 비파괴 검사가 이루어지지 않게 되므로 검사 대상체의 종류에 한계가 있다.
또한 검사 대상체가 디스플레이 패널과 같은 평면 형태를 갖는 경우라도, 검사 대상체의 평면 상에 유막이 균일하게 형성되지 않고 빈 공간이 형성하는 경우가 종종 발생하게 되며, 이 경우 검사에 오류가 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 초음파의 조사 경로 상에 물이 토출되는 유로를 형성함으로써 검사 대상체 상의 초음파 조사 위치에 항상 유막이 형성될 수 있도록 하여 검사 오류가 발생하지 않으며, 검사 대상체의 형상에 상관없이 정확한 검사가 이루어질 수 있는 초음파 워터폴 방식 검사장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치는, 물 공급장치로부터 물을 공급받는 유입챔버와, 상기 유입챔버에 하측으로 소정의 길이로 연장되게 형성되어 물을 하측으로 배출하는 토출유로가 형성되어 있는 워터폴모듈; 및, 상기 워터폴모듈의 토출유로의 상측에 동축상으로 설치되어, 토출유로를 통해 검사 대상체에 초음파를 조사하고, 검사 대상체에서 반사된 신호를 검출하는 초음파 변환기;를 포함할 수 있다.
상기 워터폴모듈은, 중앙에 상기 초음파 변환기가 설치되는 변환기설치공이 하측으로 관통되게 형성되는 모듈헤드와, 상단부에 상기 유입챔버가 형성되고 중앙부에 상기 유입챔버의 중앙부와 연통되는 토출유로가 상하로 관통되게 형성되는 통 형상의 워터폴가이드를 포함할 수 있다.
상기 모듈헤드에 일단부가 물 공급장치와 연결되고 다른 일단부가 상기 유입챔버와 연통되면서 물 공급장치로부터 공급되는 물을 유입챔버로 안내하는 적어도 1개 이상의 급수유로가 형성될 수 있다.
상기 유입챔버의 주변부는 상기 급수유로의 하단부와 연통되며, 상기 유입챔버의 주변부의 하부면에는 상기 급수유로를 통해 공급되는 물의 와류를 방지하기 위한 와류방지턱이 일정한 높이로 돌출되게 형성될 수 있다.
또한 상기 초음파 변환기의 하단부는 상측으로 오목한 곡면으로 이루어질 수 있다.
상기 토출유로의 상단 입구부의 주변부는 상기 초음파 변환기의 하단부의 곡면과 대응하는 곡률의 곡면으로 이루어질 수 있다.
또는 이와 다르게 상기 토출유로의 상단 입구부의 주변부는 지면(地面)에 대해 수평하게 형성될 수 있다.
상기 워터폴모듈의 하단부는 외곽에서부터 토출유로의 출구부를 향해 하향 경사진 테이퍼면으로 이루어질 수 있다.
이 때 상기 테이퍼면에 초음파 변환기의 포커싱 지점을 향해 레이저를 조사하는 복수의 레이저 조사기를 설치하여, 검사 대상체의 표면을 상기 복수의 레이저 조사기에서 조사되는 레이저의 집속 위치에 일치시켜 검사를 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치는, 상기 워터폴모듈의 하단부에 측방으로 슬라이딩 가능하게 설치되며, 측방향으로의 위치 이동에 따라 상기 토출유로의 출구부와 선택적으로 연통되면서 토출유로의 출구부의 크기 또는 형태를 변경할 수 있는 복수의 가변토출구가 상하방향으로 관통되게 형성되어 있는 토출구조절부재를 더 포함할 수 있다.
상기 토출유로의 하단의 출구부에 워터폴모듈의 이동 방향으로 하향 경사지게 형성된 낙수보정유로가 형성될 수 있다.
상기 워터폴모듈의 하단부에 상기 낙수보정유로가 형성된 토출방향조정부가 연직한 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어, 워터폴모듈의 이동 방향에 따라 토출방향조정부가 회전하여 낙수보정유로의 방향을 워터폴모듈의 이동 방향과 일치되게 조정할 수 있다.
상기 유입챔버의 양측에 물 공급장치에서 공급된 물이 한 쪽으로 쏠리는 것을 억제하기 위한 복수의 유동방지판이 상하로 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
그리고 유입챔버의 내측면에 유입챔버를 좌우로 분할하도록 180도 간격으로 이격되는 2개의 분리판이 상하방향으로 연직하게 설치될 수 있다.
상기 토출유로의 길이는 초음파 변환기의 포커싱 거리보다 작고, 토출유로의 직경 또는 폭은 초음파 변환기의 포커싱 위치에서의 초음파 빔 폭보다는 크며 초음파 변환기의 하단부 직경보다는 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 검사 대상체를 향해 물이 배출되는 워터폴모듈의 토출유로가 초음파 변환기와 동축상으로 배열되어 초음파 변환기에서 조사된 초음파 빔이 항상 토출유로를 통해 배출되는 물을 매체로 검사 대상체에 조사된 후 반사될 수 있다. 따라서 검사 대상체의 표면에 균일한 유막을 형성하려는 노력을 하지 않더라도 항상 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
특히 검사 대상체가 원통형 등의 곡면이나 3차원 입체 형상을 가질 경우, 기존의 검사 장치에서는 검사 대상체의 표면으로 낙하한 물이 검사 대상체에서 흘러내려 초음파 변환기의 바로 아래쪽에서는 유막이 형성되지 않을 수 있지만, 본 발명의 검사 장치는 워터폴모듈의 토출유로를 통해서 초음파 빔이 조사되므로 검사 대상체의 형태와 상관없이 초음파 비파괴 검사가 정확하게 실시될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 일부 구성 및 작동원리를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치를 이용하여 원통형으로 된 검사 대상체를 비파괴 검사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 저속 이동 및 고속 이동에 따른 물 낙하 상태를 나타낸 요부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 도 9에 도시한 초음파 워터폴 방식 검사장치의 변형례를 나타낸 요부 단면도 및 저면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시한 초음파 워터폴 방식 검사장치의 저면도이다.
도 13은 도 11에 도시한 초음파 워터폴 방식 검사장치의 변형례를 나타낸 요부 단면도이다.
도 14a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 종단면도이다.
도 14b는 도 14a의 I-I 선 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 일부 구성 및 작동원리를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치를 이용하여 원통형으로 된 검사 대상체를 비파괴 검사하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 저속 이동 및 고속 이동에 따른 물 낙하 상태를 나타낸 요부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 도 9에 도시한 초음파 워터폴 방식 검사장치의 변형례를 나타낸 요부 단면도 및 저면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 요부 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시한 초음파 워터폴 방식 검사장치의 저면도이다.
도 13은 도 11에 도시한 초음파 워터폴 방식 검사장치의 변형례를 나타낸 요부 단면도이다.
도 14a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치의 종단면도이다.
도 14b는 도 14a의 I-I 선 단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 초음파 워터폴 방식 검사장치를 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 워터폴 방식 검사장치는, 모듈헤드(110)와 워터폴가이드(120)를 포함하는 워터폴모듈(100)과, 모듈헤드(110)의 중앙부에 설치되는 초음파 변환기(200)를 포함한다.
모듈헤드(110)의 중앙부에는 초음파 변환기(200)가 설치되는 변환기설치공(111)이 하측으로 관통되게 형성되어 있다. 그리고 모듈헤드(110)의 양 측부에는 물 공급장치(미도시)와 연결되는 복수의 급수유로(112)가 대략 'ㄱ' 형태로 절곡되어 하측으로 연장되게 형성되어 있다. 상기 급수유로(112)의 상단부는 물 공급장치(미도시)의 호스를 통해 물 공급장치(미도시)에 연결되어 물을 공급받는다. 그리고 급수유로(112)의 하단부는 모듈헤드(110)의 하단부와 워터폴가이드(120)의 상단부 사이에 구획되는 유입챔버(121)와 연통되어 물 공급장치(미도시)로부터 공급되는 물을 유입챔버(121) 내부로 안내한다.
모듈헤드(110)는 검사 대상체(P)가 놓여지는 검사스테이지(S)의 상부에 구성되는 선형운동장치에 연결되어 검사스테이지(S)가 고정된 상태에서 모듈헤드(110)가 선형운동장치에 의해 상하, 전후 및/또는 좌우 방향으로 이동하여 검사 대상체(P)와 모듈헤드(110)의 초음파 변환기(200) 간에 상대 운동이 발생하게 구성될 수 있다. 또는 모듈헤드(110)를 검사스테이지(S)의 상측에 고정되게 설치되는 프레임 등의 지지 구조물에 고정하고, 검사스테이지(S)가 상하, 전후 및/또는 좌우 방향으로 이동할 수 있게 구성하여 검사 대상체(P)와 모듈헤드(110)의 초음파 변환기(200) 간에 상대 운동이 발생하게 할 수도 있다.
워터폴가이드(120)는 대략 원통형으로 이루어져 모듈헤드(110)의 하단부에 설치된다. 모듈헤드(110)와 워터폴가이드(120)는 일체로 만들어질 수도 있지만, 서로 개별체로 제작된 후 나사나 볼트, 클램프기구, 용접 등 공지의 체결수단을 이용하여 서로 결합되어 사용될 수 있다.
워터폴가이드(120)의 상단부에는 상기 급수유로(112)의 하단부에 연통되어 물을 공급받는 유입챔버(121)가 형성되고, 중앙부에 상기 유입챔버(121)의 중앙부와 연통되는 토출유로(122)가 상하로 관통되게 형성된다. 상기 토출유로(122)는 초음파 변환기(200)와 동축상으로 배치되며, 워터폴가이드(120)의 상단부에서부터 하단부까지 소정의 길이와 직경으로 형성된다. 따라서 초음파 변환기(200)에서 조사되는 초음파는 토출유로(122)를 통해서 배출되는 물을 통해 검사 대상체(P)로 조사되므로 검사 대상체(P)의 형태와 상관없이 항상 물이 배출되는 토출유로(122)를 통해서 초음파를 조사하여 검사를 수행할 수 있다.
도 3에 도시한 것과 같이, 토출유로(122)의 길이는 초음파 변환기(200)의 포커싱 거리보다 작고, 토출유로(122)의 직경(토출유로가 비원형 횡단면을 가질 경우에는 토출유로의 폭 중 가장 작은 폭)은 초음파 변환기(200)의 포커싱 위치에서의 초음파 빔 폭보다는 크며 초음파 변환기(200)의 하단부 직경보다는 작다. 초음파 변환기(200)에서 조사된 초음파 빔 폭은 포커싱 위치를 기준으로 집속되었다가 퍼지는 양상을 보인다. 따라서 토출유로(122)의 길이가 초음파 변환기(200)의 포커싱 거리보다 길거나, 토출유로(122)의 직경이 포커싱 위치에서의 초음파 빔 폭보다 작게 형성되면 토출유로(122)의 간섭에 의해 초음파 신호가 왜곡되는 현상이 발생하여 검사의 정확도가 현저하게 저하될 수 있다. 바람직하게는 토출유로(122)의 직경을 초음파 변환기(200)에서 조사되는 초음파 빔 폭보다 크게 형성하여 초음파 빔이 토출유로(122)에 의해 간섭되는 것을 완전히 배제한다.
모듈헤드(110)에 장착되는 초음파 변환기(200)의 종류나 사양에 따라 초음파 빔의 포커싱 위치가 변할 수 있는데, 이 때 초음파 변환기(200)의 초음파 빔의 포커싱 위치 변화에 대응하여 워터폴가이드(120)를 다른 토출유로(122) 길이와 직경을 갖는 것으로 교체할 수 있도록 워터폴가이드(120)를 모듈헤드(110)에 대해 착탈이 용이하게 구성할 수도 있을 것이다.
또는 초음파 변환기(200)의 초음파 빔의 포커싱 위치 변화에 대응하여 토출유로(122)의 길이와 직경을 적절하게 변화시킬 수 있도록 하기 위하여 워터폴가이드(120)를 상하로 복수로 분할하여 하부의 워터폴가이드(120)의 상하방향 위치를 조정하거나, 하부의 워터폴가이드(120)를 상부의 워터폴가이드(120)에 대해 착탈이 가능하게 구성할 수도 있을 것이다.
유입챔버(121)는 워터폴가이드(120)의 상단부에 오목한 원반형 홈 형태로 형성될 수 있으며, 유입챔버(121)의 상부면은 모듈헤드(110)의 하부면에 의해 폐쇄될 수 있다. 즉, 모듈헤드(110)의 하부면이 유입챔버(121)의 상부면이 될 수 있다. 유입챔버(121)의 중앙부는 토출유로(122)의 상단부와 연통되어 유입챔버(121) 내부로 공급되는 물이 중앙부의 토출유로(122)를 통해서 외부로 배출된다. 유입챔버(121)의 바닥면은 전체적으로 지면(地面)에 대해 수평하게 형성될 수 있다. 하지만 유입챔버(121) 내부로 유입된 물이 곧바로 토출유로(122)의 상단부를 통해 토출유로(122) 내로 흘러들어갈 경우 유량이 적어서 토출유로(122)를 통해 배출되는 물이 토출유로(122) 전체를 채우지 못하고 공동이 형성되어 초음파를 이용한 계측에 정확도가 저하될 수 있다. 이에 토출유로(122)의 상단 입구부의 주변부를 따라 소정의 높이로 댐(129)을 형성하여 유입챔버(121) 내부에 충분한 양의 물이 저장된 후 토출유로(122)로 유입될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
유입챔버(121)의 주변부는 상기 급수유로(112)의 하단부와 연통되며, 급수유로(112)와 연통되는 유입챔버(121)의 주변부의 하부면에는 급수유로(112)를 통해 공급되는 물의 와류를 방지하기 위한 와류방지턱(123)이 일정한 높이로 돌출되게 형성될 수 있다. 따라서 급수유로(112)를 통해 유입챔버(121) 내부로 공급된 물은 와류방지턱(123)을 넘어서 토출유로(122) 쪽으로 유동하여 토출유로(122)를 통해 낙하하여 배출된다.
또한 유입챔버(121) 내부에는 유입챔버(121) 내부가 일정한 공간을 유지하도록 유입챔버(121)의 상부면을 지탱하는 복수의 포스트(121a)가 추가로 형성될 수 있다.
초음파 변환기(200)는 모듈헤드(110)의 변환기설치공(111) 내에 설치되며, 워터폴가이드(120)의 토출유로(122)의 상측에 동축상으로 배치되어, 토출유로(122)를 통해 외부로 배출되는 물을 매체로 하여 검사 대상체(P)에 초음파를 조사하고, 검사 대상체(P)에서 반사된 신호를 검출하도록 된 것으로, 공지의 트랜스듀서(Transducer)를 적용하여 구성할 수 있다. 초음파 변환기(200)에서 수신된 신호는 디지털 신호로 변환되어 영상처리기(미도시)로 전송된 다음 영상처리기(미도시)에서 영상이 만들어지고, 영상처리기(미도시)에서 만들어진 영상을 분석하여 검사 대상체(P)의 불량을 검출한다.
초음파 변환기(200)의 하단부는 토출유로(122)의 상단 입구부의 바로 상측에 인접하게 배치되는데, 유입챔버(121) 내부로 공급된 물이 토출유로(122) 상단의 입구부를 통해 토출유로(122) 내로 유동하면서 초음파 빔을 조사할 때, 집속 성능을 향상시키기 위하여 도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 초음파 변환기(200)의 하단부가 상측으로 오목한 곡면으로 이루어질 수 있다.
이 때 도 4에 도시한 것과 같이 초음파 변환기(200)의 하단부가 상측으로 오목한 곡면으로 이루어지고, 토출유로(122)의 상단 입구부의 주변부도 초음파 변환기(200)의 하단부의 곡면과 대응하는 곡률의 곡면으로 이루어질 수 있다. 하지만 도 5에 도시한 것과 같이 초음파 변환기(200)의 하단부가 상측으로 오목한 곡면으로 이루어지는 경우에도 토출유로(122)의 상단 입구부의 주변부가 지면(地面)에 대해 수평하게 형성될 수도 있다. 이 때 토출유로(122)의 상단 입구의 테두리를 따라 소정의 높이로 댐(129)이 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 것과 같은 구성으로 이루어진 초음파 워터폴 방식 검사장치는 다음과 같이 작동한다.
검사 대상체(P)가 검사스테이지(S) 상에 놓여지고, 워터폴모듈(100)의 워터폴가이드(120)가 검사 대상체(P)와 소정 거리 이격되게 위치된다. 이어서 물 공급장치(미도시)로부터 물 공급이 개시되면 모듈헤드(110)의 급수유로(112)를 통해 유입챔버(121) 내부로 물이 공급된다.
유입챔버(121) 내부로 공급된 물은 중앙의 토출유로(122) 상단 입구부를 통해서 토출유로(122) 내로 유입된 후 하측으로 유동하여 검사 대상체(P)로 낙하하게 된다. 이 때 초음파 변환기(200)를 통해서 초음파가 하측으로 조사되는데, 초음파 변환기(200)와 토출유로(122)가 동축상으로 배치되어 있으므로 초음파 빔이 토출유로(122)를 통해 낙하하는 물을 매체로 하여 검사 대상체(P)로 조사된다. 초음파 변환기(200)는 검사 대상체(P)에서 반사된 신호를 수신하여 전기신호로 변환하여 영상처리기(미도시)로 전송한다.
이와 같이 초음파 변환기(200)에서 검사 대상체(P)에 초음파 빔을 조사하여 검사를 수행할 때, 모듈헤드(110) 및 워터폴가이드(120)가 검사스테이지(S) 상측에 구성된 선형운동장치에 의해 검사 대상체(P)에 대해 좌우 및/또는 전후로 상대 이동하면서 검사 대상체(P)의 전면(全面)을 검사하게 된다.
상술한 것과 같은 본 발명의 초음파 워터폴 방식 검사장치는 검사 대상체(P)를 향해 물이 배출되는 워터폴모듈(100)의 토출유로(122)가 초음파 변환기(200)와 동축상으로 배열되어 초음파 변환기(200)에서 조사된 초음파 빔이 항상 토출유로(122)를 통해 배출되는 물을 매체로 검사 대상체(P)에 조사된 후 반사된다. 따라서 검사 대상체(P)의 표면에 균일한 유막을 형성하려는 노력을 하지 않더라도 항상 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
특히 도 6에 도시한 것과 같이 검사 대상체(P)가 원통형 등의 곡면이나 3차원 입체 형상을 가질 경우, 기존의 검사 장치에서는 검사 대상체(P)의 표면으로 낙하한 물이 검사 대상체(P)에서 흘러내려 초음파 변환기(200)의 바로 아래쪽에서는 유막이 형성되지 않지만, 본 발명의 검사 장치는 워터폴모듈(100)의 토출유로(122)를 통해 낙하하는 물에 초음파 빔이 조사되므로 검사 대상체(P)의 형태와 상관없이 초음파 비파괴 검사가 정확하게 실시될 수 있다.
한편 상술한 것과 같이 초음파 변환기(200)와 토출유로(122)를 동축상으로 배치하고, 검사 대상체(P)에 초음파 빔을 조사하여 워터폴 방식으로 검사를 수행할 때 초음파 변환기(200)에서 조사되는 초음파 빔의 포커싱 위치에 검사 대상체(P)를 정확하게 위치시킬 수 있도록 하기 위하여 도 7에 도시한 것과 같이 워터폴가이드(120)의 하단부에 외곽에서부터 토출유로(122)의 출구부를 향해 하향 경사진 테이퍼면(124)을 형성하고, 테이퍼면(124)에 초음파 변환기(200)에서 조사되는 초음파 빔의 포커싱 지점을 향해 레이저를 조사하는 복수의 레이저 조사기(130)를 설치할 수 있다. 따라서 사용자가 복수의 레이저 조사기(130)에서 조사되는 레이저의 집속 위치를 통해 초음파 빔의 포커싱 위치를 육안으로 확인하면서 검사 대상체(P)의 표면을 초음파 빔 포커싱 위치에 일치시켜 정확하게 검사를 수행할 수 있다.
전술한 것과 같이 워터폴모듈(100)을 검사 대상체(P)의 상측에서 상대 이동시키면서 토출유로(122)를 통해 물을 배출할 때, 워터폴모듈(100)의 이동 속도가 빠를 경우에 도 8의 (B) 도면에 도시한 것과 같이 토출유로(122)에서 낙하하는 물기둥이 이동 방향의 반대로 휘어지면서 검사 대상체(P)로 낙하하게 되며, 초음파 변환기(200)에서 조사된 초음파 빔이 물을 매체로 검사 대상체(P)에 조사되지 못할 수 있다.
따라서 도 9에 도시한 것과 같이 토출유로(122)의 하단의 출구부에 워터폴모듈(100)의 이동 방향으로 하향 경사진 낙수보정유로(126)를 형성하여 물의 낙하 방향을 보정할 수 있다.
이 때, 워터폴모듈(100)의 이동 방향이 바뀌게 되면 낙수보정유로(126)의 경사 방향도 바뀌어야 하므로, 도 10a 및 도 10b에 도시한 것과 같이 워터폴모듈(100)의 하단부에 낙수보정유로(126)가 경사지게 형성된 토출방향조정부(125)를 연직한 축을 중심으로 회전 가능하게 설치하여, 워터폴모듈(100)의 이동 방향에 따라 토출방향조정부(125)가 회전하여 낙수보정유로(126)의 방향을 워터폴모듈(100)의 이동 방향과 일치되게 조정할 수 있다. 이 때, 토출방향조정부(125)는 모터(미도시) 및 모터의 동력을 토출방향조정부(125)로 전달하는 기어나 벨트와 같은 동력전달부재(미도시)를 포함하는 자동회전수단에 의해 자동으로 회전하여 낙수보정유로(126)의 방향을 변경할 수 있다.
또한 초음파 변환기(200)의 변경에 따른 초음파 빔 폭의 변화에 대응하여 토출유로(122)의 하부의 직경 및/또는 형태를 가변시킬 수 있도록 하기 위하여, 도 11 및 도 12에 도시한 것과 같이 워터폴가이드(120)의 하단부에 서로 다른 직경 및/또는 형태를 갖는 복수의 가변토출구(141)가 상하방향으로 관통되게 형성되어 있는 토출구조절부재(140)를 측방으로 슬라이딩 가능하게 설치할 수 있다. 토출구조절부재(140)는 워터폴가이드(120)의 하단부에 측방향으로 슬라이딩이 가능하게 설치되어, 토출구조절부재(140)의 측방향으로의 위치 이동에 따라 상기 복수의 가변토출구(141) 중 어느 하나가 토출유로(122) 하단의 출구부와 선택적으로 연통되면서 토출유로(122)의 출구부의 크기 또는 형태를 변경할 수 있다.
상기 토출구조절부재(140)에 형성되는 복수의 가변토출구(141)는 모두 상하방향으로 일직선으로 형성될 수 있지만, 전술한 것과 같이 워터폴모듈(100)의 고속 이동시 물의 낙하방향 변화에 대응할 수 있도록 적어도 1개 이상의 가변토출구(141)가 워터폴모듈(100)의 이동 방향으로 하향 경사지게 형성된 낙수보정유로(126)일 수 있다(도 13 참조).
사용자가 토출구조절부재(140)를 워터폴가이드(120)에 대해 측방향으로 용이하게 슬라이딩할 수 있도록 하기 위하여 토출구조절부재(140)의 양단부에 손잡이부(142)가 구비될 수 있다.
또한 워터폴모듈(100)이 이동하면서 토출유로(122)를 통해 물을 낙하시킬 때, 워터폴가이드(120) 상단의 유입챔버(121) 내부의 물이 한 쪽으로 쏠려서 토출유로(122) 내로 물이 원활하게 유입되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 도 14a 및 도 14b에 도시한 것과 같이 유입챔버(121)의 내측면에 유입챔버(121)를 좌우로 분할하도록 180도 간격으로 이격되는 2개의 분리판(127)이 상하방향으로 연직하게 설치되고, 분리판(127)에 의해 서로 분리되게 구획된 공간 내에 복수의 유동방지판(128)을 상하로 지그재그 형태로 배열함으로써 유입챔버(121)의 양측 상단부에서 공급되는 물이 유동방지판(128)의 복잡한 경로를 따라 유동하도록 하고, 이로써 워터폴모듈(100)이 고속으로 이동하더라도 물이 한 쪽으로 쏠리는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 상기 복수의 유동방지판(128)은 상하로 지그재그의 물 유동 경로를 형성하도록 유입챔버(121)의 내측면과 변환기설치공(111)의 외측면에 교대로 부착 및 이격되게 설치된다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
P : 검사 대상체 S : 검사스테이지
100 : 워터폴모듈 110 : 모듈헤드
111 : 변환기설치공 112 : 급수유로
120 : 워터폴가이드 121 : 유입챔버
122 : 토출유로 123 : 와류방지턱
124 : 테이퍼면 125 : 토출방향조정부
126 : 낙수보정유로 127 : 분리판
128 : 유동방지판 129 : 댐
130 : 레이저 조사기 140 : 토출구조절부재
141 : 가변토출구 142 : 손잡이부
200 : 초음파 변환기
100 : 워터폴모듈 110 : 모듈헤드
111 : 변환기설치공 112 : 급수유로
120 : 워터폴가이드 121 : 유입챔버
122 : 토출유로 123 : 와류방지턱
124 : 테이퍼면 125 : 토출방향조정부
126 : 낙수보정유로 127 : 분리판
128 : 유동방지판 129 : 댐
130 : 레이저 조사기 140 : 토출구조절부재
141 : 가변토출구 142 : 손잡이부
200 : 초음파 변환기
Claims (14)
- 물 공급장치로부터 물을 공급받는 유입챔버와, 상기 유입챔버에 하측으로 소정의 길이로 연장되게 형성되어 물을 하측으로 배출하는 토출유로가 형성되어 있으며, 선형운동장치에 의해 검사 대상체에 대해 상대 이동하면서 상기 토출유로를 통해 물을 배출하는 워터폴모듈; 및,
상기 워터폴모듈의 토출유로의 상측에 동축상으로 설치되어, 토출유로를 통해 검사 대상체에 초음파를 조사하고, 검사 대상체에서 반사된 신호를 검출하는 초음파 변환기;
를 포함하고,
상기 초음파 변환기의 하단부는 상측으로 오목한 곡면으로 이루어지며,
상기 토출유로의 하단의 출구부에 워터폴모듈의 이동 방향으로 하향 경사지게 형성된 낙수보정유로가 형성되고,
상기 워터폴모듈의 하단부에 상기 낙수보정유로가 형성된 토출방향조정부가 연직한 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어, 워터폴모듈의 이동 방향에 따라 토출방향조정부가 자동회전수단의 모터로부터 동력을 전달받아 회전하여 낙수보정유로의 방향을 워터폴모듈의 이동 방향과 일치되게 조정하는 초음파 워터폴 방식 검사장치. - 제1항에 있어서, 상기 워터폴모듈은, 중앙에 상기 초음파 변환기가 설치되는 변환기설치공이 하측으로 관통되게 형성되는 모듈헤드와, 상단부에 상기 유입챔버가 형성되고 중앙부에 상기 유입챔버의 중앙부와 연통되는 토출유로가 상하로 관통되게 형성되는 통 형상의 워터폴가이드를 포함하는 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 제2항에 있어서, 상기 모듈헤드에 일단부가 물 공급장치와 연결되고 다른 일단부가 상기 유입챔버와 연통되면서 물 공급장치로부터 공급되는 물을 유입챔버로 안내하는 적어도 1개 이상의 급수유로가 형성된 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 제3항에 있어서, 상기 유입챔버의 주변부는 상기 급수유로의 하단부와 연통되며, 상기 유입챔버의 주변부의 하부면에는 상기 급수유로를 통해 공급되는 물의 와류를 방지하기 위한 와류방지턱이 일정한 높이로 돌출되게 형성된 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 토출유로의 상단 입구부의 주변부는 상기 초음파 변환기의 하단부의 곡면과 대응하는 곡률의 곡면으로 된 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토출유로의 상단 입구부의 주변부는 지면(地面)에 대해 수평하게 형성된 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 워터폴모듈의 하단부는 외곽에서부터 토출유로의 출구부를 향해 하향 경사진 테이퍼면으로 된 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 제8항에 있어서, 상기 테이퍼면에 초음파 변환기의 포커싱 지점을 향해 레이저를 조사하는 복수의 레이저 조사기를 설치하여, 검사 대상체의 표면을 상기 복수의 레이저 조사기에서 조사되는 레이저의 집속 위치에 일치시켜 검사를 수행하는 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 유입챔버의 내측면에 유입챔버를 좌우로 분할하도록 180도 간격으로 이격되는 2개의 분리판이 상하방향으로 연직하게 설치되고, 상기 분리판에 의해 구획된 유입챔버의 양측 공간에 물 공급장치에서 공급된 물이 한 쪽으로 쏠리는 것을 억제하기 위한 복수의 유동방지판이 상하로 지그재그 형태로 배열된 초음파 워터폴 방식 검사장치.
- 제1항에 있어서, 상기 토출유로의 길이는 초음파 변환기의 포커싱 거리보다 작고, 토출유로의 직경 또는 폭은 초음파 변환기의 포커싱 위치에서의 초음파 빔 폭보다는 크며 초음파 변환기의 하단부 직경보다는 작은 초음파 워터폴 방식 검사장치.
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