KR20010102703A - 비접촉식 선피막 검사장치 - Google Patents

Abstract

산업용 전선이나 기타 와이어 등의 보호용 피막처리 공정에서 피막검사장비로서 적합한 개선된 비접촉식 선피막 검사장치가 개시된다. 그러한 비접촉식 선피막 검사장치는, 피막처리가 완료된 선의 일정부위에 광을 집중적으로 조사하고 그 조사에 따라 입사되는 광을 일정한 각도로 다시 반사하는 광학부; 상기 광학부에서 반사되는 광량을 감지하여 전기적 신호로 제공하는 광센서부; 및 상기 광센서부에 서 인가되는 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 생성하는 검사부를 구비한다. 그럼에 의해, 고속으로 연속생산되는 극세선에 대해서도 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간 정밀검사할 수 있게 되어 신뢰도가 향상되고 제품의 생산원가에 대한 경쟁력이 개선된다.

Description

비접촉식 선피막 검사장치{coated wire inspection apparatus for non contact type}

본 발명은 산업용 전선이나 기타 와이어 등의 보호용 피막처리 공정에서 피막검사장비로서 적합한 선피막 검사장치에 관한 것으로, 특히 개선된 비접촉식 선피막 검사장치에 관한 것이다.

산업의 발달과 고도화에 부응하여 신기술 개발 및 각종 제품의 사이즈 축소요구가 가속화되는 가운데, 그 내부의 부품에 대해서도 당연히 소형화 요구가 증가되고 있으며, 그에 따라 선의 치수도 축소화되고 있다.

통상적으로, 산업용 전선이나 기타 와이어(wire) 등의 선을 생산시 선의 보호 및 절연을 위해 보호용 피막이 선에 입혀진다. 그러한 것은 선을 일정지점에서 타지점으로 고속으로 이동시키면서 선의 외경에 동심원의 피막을 일정한 두께로 연속적으로 코팅하는 피막처리 공정에 의해 달성되는데, 이 경우에 그러한 공정을 거쳐 나온 피막이 정상규격대로 코팅이 되었는지를 검사하기 위한 검사작업이 일반적으로 뒤따르게 된다.

종래에는 피검사체인 선의 표면 일부분을 직접적으로 콘택시켜 피복된 피막의 상태를 검사하거나, 피복된 피막에 전원을 인가하여 통전여부를 감지하는 검사방법이 주로 사용되어져 왔다. 전자의 검사방법에서는 검사를 위한 도구를 선에 직접적으로 접촉시키기 때문에 검사와중에 피복된 피막이 벗겨지는 문제가 빈번하게 발생하였으며, 선의 외경이 약 0.2mm정도 이상으로 두꺼운 경우에만 가능하다. 후자의 검사방법 또한 검사작업이 번거롭고 선피막에 손상이 가며 검사시간이 오래걸리는 문제가 있어왔다.

한편, 선의 외경이 작은 경우에 선의 재질과 화학반응을 하는 시료액에 피복된 선을 담그어서 피복의 정도를 검사하는 샘플검사방법도 있는데, 이 또한 검사가 행하여진 선에 대해서는 사용을 하지 못하고 폐기를 하여야 하는 문제가 있으며 일부 샘플만을 검사하기 때문에 제품의 신뢰도가 낮은 문제점이 있었다.

더구나, 종래의 피막 검사방법들로서는 고속으로 연속생산되는 극세선에 대하여 검사를 행하기가 매우 어려웠으며, 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간으로 정밀검사하기가 힘들어, 생산성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제들을 해소할 수 있는 개선된 접촉식 선피막 검사장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 산업용 전선이나 기타 와이어 등의 보호용 피막처리 공정에서 세선 피막검사장비로서 적합한 개선된 비접촉식 선피막 검사장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속으로 연속생산되는 극세선에 대해서도 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간 정밀검사할 수 있는 비접촉식 선피막 검사장치 및 그에 따른 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적도 샘플링 검사방식을 탈피하여 피복된 선을 실시간으로 전수검사 할 수 있는 개선된 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적들 및 타의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치에 따라, 비접촉식 선피막 검사장치는, 일정한 파장을 가지고 입사되는 광을 받아 피막처리가 완료된 선의 일정부위에 집중적으로 조사하고 그 조사에 따라 입사되는 광을 일정한 각도로 다시 반사하는 광학부; 상기 광학부에서 반사되는 광량을 감지하여 전기적 신호로 제공하는 광센서부; 및 상기 광센서부에서 인가되는 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 생성하는 검사부를 구비함을 특징으로 한다.

상기한 구성을 가지는 본 발명에 따라, 고속으로 연속생산되는 극세선에 대해서도 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간 정밀검사할 수 있게 되어 신뢰도가 향상되고 제품의 생산원가에 대한 경쟁력이 개선된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 선피막 검사장치의 블록도

도 2는 도 1중 광조사부(10)의 구현 예를 보인 전자회로도

도 3은 도 1중 광학부(20) 및 광조사부(10)와 광센서부(30)의 배치관계 및 광경로를 보여주는 기구적 도면

도 4는 도 3중 광조사부(10)의 배치 예를 기구적으로 보인 정면도

도 5a 및 도 5b는 도 3중 광센서부(30)의 광센싱을 설명하기 위해 일 예로서 각기 제시된 단면도들

도 6 및 도 7은 본 발명에 따라 비접촉식 선피막 검사의 원리를 설명하기 위해 제시된 도면들

도 8은 도 1중 검사부(40)의 구현 예를 보인 전자회로 블록도

도 9는 도 8의 신호처리 제어동작에 따른 검사동작 플로우 챠트

상기 본 발명의 목적들 및 타의 목적들, 특징, 그리고 동작상의 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. 도면들 내에서 서로 동일 내지 유사한 부분들은 설명 및 이해의 편의상 동일 내지 유사한 참조부호들로 가급적 기재됨을 주목하여야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 선피막 검사장치의 블록도가 도시된다. 도 1은 산업용 전선이나 기타 와이어 등의 선을 보호하는 피막처리 공정에서 피막검사장비로서 적합하다. 도면에서, 광조사부(10)는 일정한 파장을 가지는 광을 발생하는 기능을 한다. 경우에 따라, 상기 광조사부(10)를 구비함이없이 자연광을 그대로 이용할 수 있다. 광학부(20)는 상기 광조사부(10)에서 제공되는 광을 상기 선의 일정부위에 집중적으로 조사하고 그 조사에 따라 상기 선에서 다시 반사되어 입사되는 광을 일정한 각도로 반사하는 역할을 한다. 광센서부(30)는 상기 광학부(20)에서 반사되는 광량을 감지하여 전기적 신호로 제공한다. 검사부(40)는 상기 광센서부(30)에서 인가되는 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력(OUT)을 생성한다.

도 2를 참조하면, 도 1중 상기 광조사부(10)의 구현 예를 보인 전자회로도가 나타나 있는데, 전원(11), 저항(12), 및 일정한 파장의 광을 발생하는 발광다이오드(13)를 포함함을 알 수 있다. 도 2에서 보여진 광조사부(10)는 일 예의 구현에 불과하며 사안이 다를 경우에 태양광선등과 같이 직진성이 있는 조명을 그대로 이용할 수 있음은 물론이다.

도 3은 도 1중 광학부(20) 및 광조사부(10)와 광센서부(30)의 배치관계 및 광경로를 보여주는 기구적 도면이다. 광조사부(10)내의 복수의 발광부(10-1,10-2, 10-3,..,10-n))에서 발생된 광은 광학부(20)에 평면파로서 인가된다. 상기 광학부 (20)는 중앙에 상기 선(2)을 통과시킬 수 있는 관통홀(2H)을 형성한 포물면경으로 이루어져 있다. 따라서, 상기 광학부(20)는 광선에 대해 포물면경으로서 작용을 하게 되므로 광축에 평행한 광선은 모두 한점에 모이게 된다. 따라서, 평행으로 입사된 광선은 상기 포물면경에 반사되어 초점(P)에 집중적으로 모인다. 이 경우에 오목면의 곡률반경을 -112정도로 하면 초점(P)의 거리는 지점(A)에서부터 약 56mm 이다. 상기한 포물면경에서 광선의 작용은 광학분야에서 잘 알려진 페르마 정리를 만족한다. 따라서, 상기 초점(P)에 대응되는 상기 선의 위치가 선피막 검사의 대상지점이 된다. 그러므로, 선(2)을 연속적으로 이동시키면 모든 부분에서의 피막검사를 행할 수 있게 된다. 도면에서 실선으로 표시된 광선은 상기 초점(P)으로 들어오는 경로를 개략적으로 나타내고, 파선으로 표시된 광선은 상기 초점(P)에서 다시 반사된 후, 상기 광학부(20)에 인가되었다가 다시 반사되어 외부로 나가는 경로를 나타낸다. 상기 초점(P)에 모인 광은 모여진 각도와 같은 각도로 다시 반사되어 상기 포물면경으로 대부분 입사된다. 따라서, 상기 광학부(20)는 상기 선에서 다시 반사되어 입사되는 광을 일정한 각도로 상기 광센서부(30)를 향해 반사하게 된다. 결국, 도 3에서의 전체적인 광경로는 차례로 광조사부-광학부-선-광학부-광센서부가 됨을 알 수 있다. 상기 광조사부(10)와 광센서부(30)내의 소자들은 램프고정부(15)에 고정설치되며, 설계시 위치 및 각도의 조정을 변경할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광학부를 중앙에 완전한 3차원 포물면경의 형상을 가지도록 제작하기 어려운 경우, 포물면경의 윤곽선을 따라 설치된 적어도 2개 이상의 평면거울을 포함하여 제작 하는 것에 의해 상기 포물면경과 동일한 작용을 하도록 할 수 있다.

도 4는 도 3중 광조사부(10)의 배치 예를 기구적으로 보인 정면도로서, 도 3과 함께 참조시 그 배치 형태가 철저히 이해될 것이다. 도 4에서는 동심원을 이루며 서로 일정한 간격으로 램프고정부(15)에 배치된 것은 다수의 발광다이오드(10-1,10-2,10-n)이지만, 이외에도 자연광, 할로겐 램프나, 레이저등이 가능함은 물론이다.

도 5a 및 도 5b는 도 3중 광센서부(30)의 광센싱을 설명하기 위해 예들로서 계단타입과 나사타입으로 각기 제시된 단면도이다. 도 5a의 구성은 센서(30i)와 후드(31)로 이루어져 있는데, 상기 후드(31)의 작용에 의해 상기 광학부(20)에서 반사된 광중 일정한 경로에 있는 광만이 센싱 대상광으로서 입력될 수 있게 된다. 도면에서, 광경로 30a에 속하는 광은 상기 센서(30i)에 모두 입력되고, 광경로 30b에 속하는 광은 상기 센서(30i)에 입력되지 못하고 반사되는 것을 알 수 있다. 이러한 것은 보다 정밀한 광량의 센싱이 되어지도록 하여 측정의 정밀도를 높이기 위해서이다. 유사하게, 도 5b의 구성은 센서(30i)와 후드(31')로 이루어져 있는데, 톱니모양의 광진입부를 가지는 상기 후드(31')의 작용에 의해 상기 광학부(20)에서 반사된 광 중 일정한 경로에 있는 광만이 센싱 대상광으로서 입력될 수 있게 된다. 도면에서, 광경로 30a에 속하는 광은 상기 센서(30i)에 모두 입력되고, 광경로 30b에 속하는 광은 상기 센서(30i)에 입력되지 못하고 대부분 흡수된다. 또한, 미약하나마 일부 반사된 광도 톱니 모양의 후드 내부를 거치면서 흡수된다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따라 비접촉식 선피막 검사의 원리를 설명하기 위해 제시된 도면들이다. 도 6을 참조하면, 가로축을 시간축으로 하고 세로축을 광량 또는 전위 축으로 한 경우에 시점 t2에서 변화(60)는 미분을 행할시 3개의 변곡점을 가지게 된다. 이를 체크하여 본 발명의 실시예에서는 피막의 피복상태 에러의 유무를 판단하게 된다. 도 7을 참조하면, 피복에러가 발생하지 아니하는 경우는 참조부호 70이 지시하는 그림으로서 원리가 나타나 있고, 피복에러가 발생하는 경우는 참조부호 71이 지시하는 그림으로서 나타나 있다. 피복에러가 없는 경우 입사량(V)과 반사량(W)은 거의 동일하다. 그러나, 피복에러가 생성된 경우 반사량은 입사량보다 적으며, 이 경우에 반사량은 W-L이 되며, 여기서 L은 에러(ERR)에 의해 산란된 광의 손실분을 의미한다.

도 8은 도 1중 검사부(40)의 구현 예를 보인 전자회로 블록도로서, 센서에서 제공되는 전기적 신호를 인터페이싱하는 센서인터페이스(41), 선피막 에러유무를 판단하기 위하여 상기 센서인터페이스(41)에서 제공되는 센싱신호를 고속으로 처리하는 신호처리부(43), 그리고, 피막검사결과를 액정판넬로 표시하거나 경보음으로 송출하기 위한 디스플레이부(45)로 이루어져 있다. 여기서, 에러발생시 제공되는 신호에 응답하여 피막처리를 수행하는 공정장비를 자동으로 정지시키기 위한 장비스탑부(47)를 추가적으로 구성할 수 있다. 상기 신호처리부(43)는 연산증폭기를 이용하여 미분처리가능한 아나로그 회로블록이나 ASIC 또는 FPGA 로 구현될 수 있다. 또한, 사안이 허용시 상기 신호처리부(43)를 미리설정된 프로그램에 따라 검사시스템의 제반동작을 제어하는 CPU, 상기 CPU의 프로그램이 저장된 ROM, 및 상기 CPU의 작업용 메모리로서의 RAM을 구비하여 부가기능을 개선할 수 있다.

도 9는 도 8의 신호처리 제어동작에 따른 검사동작 플로우 챠트로서, 제91단계 내지 제97단계로 이루어져 있다.

상기한 도면들중 도 9를 참조하여 동작을 일 예를 이하에서 설명한다. 전원이 파워온된 후, 초기화를 제91단계에서 수행한 상기 신호처리부(43)는 제92단계에서 센싱입력을 도 8의 센서인터페이스(41)를 통해 수신한다. 제93단계에서, 상기 수신된 값은 내부의 레지스터나 메모리등의 저장영역에 현재 센싱값으로서 저장된다. 한편, 이전 센싱값이 제94단계에서 리드된다. 상기 현재의 센싱값과 상기 이전 센싱값은 제95단계에서 비교되어 차이가 있는지 체크된다. 여기서, 상기 신호처리부(43)는 미분계산을 수행한다. 차이가 있되, 제96단계의 허용치 이상인 경우에만 에러출력이 제97단계에서 송출된다. 이에 따라서, 디스플레이되거나, 경보가 송출되어 제조자 또는 검사자는 선 피막에러의 유무를 즉각적으로 알 수 있게 된다.

또한, 상기 설명된 방법과는 다른 방법으로서 아나로그 회로를 이용하여 검사를 행할 수 있는데, 이 경우에 신호의 저장은 캐패시터를 활용하고 미분회로를 적용할 수 있다.

그럼에 의해, 고속으로 연속생산되는 극세선(약0.03mm)에 대해서도 선의 피복상태를 전량 비접촉으로 실시간 정밀검사할 수 있게 되어 신뢰도가 향상되고 제품의 생산원가에 대한 경쟁력이 개선된다.

상기한 본 발명은 예시된 도면을 위주로 한 실시 예들에 의거하여 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능하다는 것은 명백하다. 예를 들어, 광조사부의 발광원을 변경하거나, 광학부의 구조를 변형하고, 또한, 광센서부의 세부구조나 검사부의 회로적 구성을 달리 변경할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 고속으로 연속생산되는 극세선에 대해서도 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간 정밀검사할 수 있게 되어 장치 및 제품의 신뢰도가 향상되고 제품의 생산원가에 대한 경쟁력이 개선되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 선피막 검사장치에 있어서:

   광을 받아 피막처리가 완료된 선의 일정부위에 집중적으로 조사하고 그 조사에 따라 입사되는 광을 일정한 각도로 다시 반사하는 광학부;

   상기 광학부에서 반사되는 광량을 감지하여 전기적 신호로 제공하는 광센서부; 및

   상기 광센서부에서 인가되는 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 생성하는 검사부를 구비함을 특징으로 하는 비접촉식 선피막 검사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광학부는 중앙에 상기 선이 통과할 수 있는 관통홀을 형성한 포물면경임을 특징으로 하는 비접촉식 선피막 검사장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광센서부는 상기 광학부에서 반사된 광중 일정한 경로에 있는 광만을 센싱할 수 있는 구조를 가짐을 특징으로 하는 비접촉식 선피막 검사장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 광학부는 중앙에 상기 선이 통과할 수 있는 관통홀을 형성한 포물면경의 형상을 가지되, 실제로는 포물면경의 윤곽선을 따라 설치된 적어도 2개 이상의 평면거울을 포함하는 것에 의해 상기 포물면경과 동일한 작용을 하도록 한 것을 특징으로 하는 비접촉식 선피막 검사장치.
5. 제1항에 있어서, 동심원을 이루며 서로 일정한 간격으로 램프고정부에 배치된 다수의 광원 발생소자 또는 광 파이버와 같은 광전송소자로 구성된 광조사부를 더 구비함을 특징으로 하는 비접촉식 선피막 검사장치.
6. 선피막 검사장치에 있어서:

   피막처리가 완료되어 연속으로 진행되는 선의 일정부위에 내부 또는 외부의 광을 집중적으로 조사하고 그 조사에 따라 입사되는 광을 일정한 각도로 다시 반사하기 위해 포물면경구조를 포함하는 광학부;

   상기 광학부에서 반사되어 직진성분만 추출된 광량의 세기를 감지하여 전기적 신호로 제공하는 광센서부; 및

   상기 광센서부에서 인가되는 상기 전기적 신호를 미분처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 생성하는 검사부를 구비함을특징으로 하는 비접촉식 선피막 검사장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 포물면경구조는 포물면경을 이루게 되는 포물선의 윤곽을 따라 설치된 적어도 2개 이상의 평면거울을 포함하는 것에 의해 3차원의 포물면경과 동일한 작용을 하도록 한 것을 특징으로 하는 비접촉식 선피막 검사장치.
8. 비접촉식 선피막 검사방법에 있어서:

   피복된 선의 표면 일정부위로부터 반사되는 광만을 일정한 각도로 평행하게 반사시키는 단계와;

   상기 반사된 광량의 세기를 전기적 신호로 센싱하는 단계와;

   상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 얻는 단계를 구비함을 특징으로 하는 방법.