KR20070077251A - 표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및방법 - Google Patents

표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070077251A
KR20070077251A KR1020060006674A KR20060006674A KR20070077251A KR 20070077251 A KR20070077251 A KR 20070077251A KR 1020060006674 A KR1020060006674 A KR 1020060006674A KR 20060006674 A KR20060006674 A KR 20060006674A KR 20070077251 A KR20070077251 A KR 20070077251A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
defect
laser beam
ultrasonic
information
shape
Prior art date
Application number
KR1020060006674A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100788823B1 (ko
Inventor
박승규
백성훈
임창환
권성옥
차형기
김철중
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020060006674A priority Critical patent/KR100788823B1/ko
Publication of KR20070077251A publication Critical patent/KR20070077251A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100788823B1 publication Critical patent/KR100788823B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/636—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited using an arrangement of pump beam and probe beam; using the measurement of optical non-linear properties
    • G01N2021/637—Lasing effect used for analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

본 발명은 표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상기 검사 장치에서는 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 물체의 표면에 초음파를 발생시켜 전파시키고, 전파되는 초음파에 측정용 레이저 빔을 조사하여 비접촉 방식으로 추출한 초음파 신호 정보들로부터 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득하거나, 상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 촬영하여 촬영된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 추출한 결함 형상 정보로부터 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득할 수 있다.
표면 결함, 비접촉 방식, 초음파, 선형 펄스 레이저 빔, SLS 기법, 형상 측정, 이중 파동 혼합 간섭계

Description

표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및 방법{Laser-Ultrasonic Apparatus and Method for Extracting Information of Surface-Breaking Crack}
도 1은 물체의 표면 결함을 측정하는 레이저-초음파 검사 장치의 종래 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 비접촉식 표면 결함 검사 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치의 내부 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치의 결함 형상 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 펄스 레이저 빔을 이용한 결함 형상 측정 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 표면 결함 부분의 형상 측정을 위한 세부적 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 초음파 신호의 최대-최소값을 이용하여 결함 위치를 측정하는데 사용 되는 실험 결과 차트의 예이다.
도 9는 초음파 신호의 중심 주파수 값을 이용하여 결함 위치를 측정하는데 사용되는 실험 결과 차트의 예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 물체의 결함을 검사하는 데 채용될 수 있는 범용 컴퓨터 장치의 내부 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 비접촉식 표면 결함 검사 장치
1: 초음파 유도 모듈
2: 초음파 신호 검출 모듈
3: 결함 형상 추출 모듈
6: 제어/신호 처리 컴퓨터
본 발명은 표면 결함 검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저-초음파를 이용하여 물체 표면의 구체적인 결함을 비접촉 방식으로 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 여러 산업 분야 또는 연구 분야에서 재료의 결함을 검사하기 위한 표면 결함 검사 장치가 사용되고 있으며, 레이저-초음파 검사 장치는 펄스 레이저 빔에 의해 발생된 초음파 신호를 레이저 간섭계를 이용하여 획득하여 표면 결함을 검사하는 장치이다. 특히, 현재 널리 이용되는 레이저-초음파 장치는 기존의 접촉식 탐촉자(transducer)를 사용하는 초음파 검사 장치에 비해 비접촉식으로 초음파를 발생시킬 수 있고 검지할 수 있을 뿐만 아니라, 광대역 주파수 스펙트럼을 가진 초음파 신호를 발생 또는 측정할 수 있어서 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 레이저-초음파 검사 장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다.
도 1은 물체의 표면 결함을 측정하는 레이저-초음파 검사 장치(1000)의 종래 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 보는 것과 같이, 레이저-초음파 검사 장치(1000)는 초음파 유도 모듈(111)의 선형 펄스 레이저 빔 조사용 집속 광학계(167)에서 조사용 레이저 빔이 조사되며 초음파가 측정 시편(115)의 표면에 전파된다. 전파된 초음파를 측정하기 위해 초음파 신호 검출 모듈(112)은 측정용 레이저 빔 집속 광학계(165)를 이용하여 상기 측정 시편(115)에 조사하여 초음파 신호를 측정한다. 제어/신호 처리 컴퓨터(116)는 상기 측정된 초음파 신호를 이용하여 상기 측정 시편(115)의 결함을 분석하고, 이에 따라 상기 측정 시편(115)의 표면 결함에 대한 위치 및 깊이 정보를 획득할 수 있다.
또한, 레이저-초음파 검사 장치에 의한 결함 검사 방법을 개시하는 선행기술로서 미국 특허 번호 제6,725,721호 및 제6,643,005호가 있다.
미국 특허 번호 6,725,721(Ultrasonic multi-element transducers and methods for testing)은 결함 검출에 이용되는 탐촉자 여러 개를 배열하여 한 번에 여러 지점에서의 초음파를 측정하는 기술을 개시하고 있다. 하지만, 이 미국 특허에서는 관찰 또는 촬영 대상의 구체적인 부분을 판별하는 공간 분해능이 떨어지므로 미소한 결함을 측정하기 위하여 스캔을 할 수 없을 뿐만 아니라 표면 결함의 형상 정보를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 미국 특허 번호 6,643,005(Line sensing device for ultrafast laser acoustic inspection using adaptive optics)에서는 극초단파 레이저 빔이 상호간에 지연(delay)되도록 하고 원통형 렌즈(cylindrical lens)를 사용하여 선형 포토 다이오드 어레이(linear photodiode array)로 선모양을 감지하여 필름의 두께를 측정하는 기술로서, 표면 결함의 형상에 관한 정보는 얻을 수 없는 단점이 있다.
이와 같이 초음파를 이용하여 결함의 존재 유무 검출과 깊이 정보 추출에 대한 기술은 많이 개발되었으나 단순히 초음파 신호의 변화만을 분석하여 결함 정보를 제공하므로 얻을 수 있는 정보의 한계가 있고 형상 정보 등과 같은 보다 구체적인 결함의 내용을 파악하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저-초음파를 이용하여 표면 결함에 대한 위치, 깊이뿐만 아니라 형상 정보도 추출하여 보다 구체적인 결함 정보를 제공하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 물체의 결함 형상을 추출할 수 있는 레이저-초음파 장치를 이용하여 물체의 표면 결함의 위치, 깊이 및 형상 정보를 획득하는 비접촉식 표면 결함 검사 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하고 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 물체 표면 결함 검사 장치는, 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 물체의 표면에 초음파를 발생시키는 초음파 유도 모듈; 상기 초음파가 전파되는 상기 물체의 표면에 측정용 레이저 빔을 조사하고 일정 간섭계를 이용하여 상기 물체 표면의 초음파를 측정하여 초음파 신호 정보들을 추출하는 초음파 신호 검출 모듈; 및 상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 획득하여 상기 획득된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 결함 형상 정보를 추출하는 결함 형상 추출 모듈을 포함하고, 상기 초음파 신호 검출 모듈에서 추출된 상기 초음파 신호 정보들을 기반으로 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득하고, 상기 결함 형상 추출 모듈에서 추출된 상기 결함 형상 정보를 기반으로 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 방법은 물체의 표면에 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 초음파를 발생시키는 단계; 상기 물체의 표면에 전파되는 초음파에 측정용 레이저 빔을 상기 물체의 표면에 조사하여 초음파 신호 정보들을 추출하고, 상기 추출된 초음파 신호 정보들로부터 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 촬영하여 상기 촬영된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 결함 형상 정보를 추출하고, 상기 결함 형상 정보로부터 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에서 보는 것과 같이, 상기 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)는 초음파 유도 모듈(1), 초음파 신호 검출 모듈(2), 결함 형상 추출 모듈(3), 및 제어/신호 처리 컴퓨터(6)를 포함한다.
상기 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)는 결함을 조사하기 위한 대상이 되는 물체(이하, 측정 시편)(5)의 결함을 측정하기 위해 상기 초음파 유도 모듈(1)에서 초음파를 조사하고 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)에서 상기 초음파를 측정하여 결함의 위치 및 깊이를 추출하고, 상기 결함 형상 추출 모듈(3)에서 영상 렌즈(66)를 통해 조사용 레이저 장치(65)의 조사용 레이저 빔에 따라 물체 표면으로부터 반사되는 영상(이하, '조사용 레이저 빔의 영상'이라 함)을 획득하여 측정 시편의 결함 형상을 추출할 수 있도록 하기 위해 제안되었다.
이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따라 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200) 는 물체의 표면에 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 초음파를 발생시키고, 상기 초음파가 상기 물체의 표면에 전파되도록 한다. SLS(scanning laser source)기법의 조사용 레이저 빔(예를 들어, 선형 펄스 레이저 빔)으로 초음파를 유도할 수 있다. 다음에, 상기 전파된 초음파에 측정용 레이저 빔을 상기 물체의 표면에 조사하여 비접촉 방식으로 초음파 신호 정보들을 추출한다. 상기 초음파 신호 정보들을 획득하기 위해 일정 간격에 위치한 이중 파동 혼합 간섭계(two-wave mixing interferometer)를 이용할 수 있다. 이에 따라 상기 추출된 초음파 신호 정보들로부터 미소 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 촬영하여 상기 촬영된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 결함 형상 정보를 추출하고, 이에 따라 상기 결함 형상 정보로부터 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득할 수 있다.
상기 초음파 유도 모듈(1)은 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 물체의 표면에 초음파를 발생시킨다. 즉, 조사용 레이저 빔을 조사하여 지향성이 우수한 초음파를 유도할 수 있고, 상기 조사용 레이저 빔으로서 펄스 레이저 빔을 사용할 수 있다. 상기 펄스 레이저 빔은 점형(Spot) 또는 선형(Linear) 형태 등 그 조사 형태에 특별히 제한을 두지 않고 본 발명이 적용될 수 있다. 이하, 선형 펄스 레이저 빔을 상기 조사용 레이저 빔의 일례로 설명한다. 또한, 상기 조사용 레이저 빔은 상기 스캐너(4)에 의해 상기 물체에서 조사하고자 하는 영역(이하, 조사 영역)을 스캔하고 스캔 동작은 편도 또는 왕복으로 이동할 수 있고, 1차원 또는 2차원으로 스캐닝하도록 움직일 수 있다. 즉, 상하(또는 좌우)로 움직일 수 있고 거기에 전후로도 움직일 수 있도록 제어하여 보다 세밀한 측정이 가능하도록 할 수 있다.
상기 초음파 신호 검출 모듈(2)은 상기 초음파가 상기 물체의 표면에 전파되면 측정용 레이저 빔을 상기 물체의 표면에 조사하고 이에 따라 반사되는 레이저에 따른 정보가 일정 간섭계를 통하여 유도되는 복수의 초음파 신호 정보들을 추출한다. 또한, 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)에서 추출된 상기 초음파 신호 정보들을 기반으로 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득할 수 있다. 상기 측정용 레이저 빔으로서 연속 발진 레이저 빔을 사용할 수 있다. 이하, 상기 연속 발진 레이저 빔을 상기 조사용 레이저 빔의 일례로 설명한다.
또한, 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)은 상기 결함을 측정하기 위하여 일정 간섭계를 형성할 수 있다. 상기 일정 간섭계(interferometer)는 동일 광원 또는 반사된 레이저에서 나오는 빛을 적당한 방법으로 둘 또는 그 이상의 광행로로 나누고, 그것을 겹쳐서 간섭시킨 간섭 무늬를 관측하는 장치를 의미하며 빛의 간섭 현상을 이용한 측정기로서 광원으로는 여러 단색광을 사용할 수 있다. 또한, 상기 간섭계는 통상적으로 계측 대상을 통과한 빛과 통과하지 않은 기준 빛과의 간섭 정보를 기반으로 이용하며 파장의 측정, 길이, 거리의 정밀한 비교, 및 광학적 거리의 비교 등을 위해 사용될 수 있다. 본 발명에서는 이중 파동 혼합 간섭계(two-wave mixing interferometer)를 형성하는 예를 들어 설명한다.
또한, 상기 간섭계를 형성하기 위한 요소로 측정용 레이저 장치(21) 및 상기 측정용 레이저 빔을 분할하는 빔가르개(22) 등이 포함될 수 있다. 이때, 상기 초 음파 신호 정보를 추출하기 위하여 조사 영역은 복수 개의 측정용 레이저 빔을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 측정용 레이저 빔은 상기 조사용 레이저 빔의 스캔 축 상에서 일정한 간격을 두고 위치할 수 있다.
상기 결함 형상 추출 모듈(3)은 상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 촬영하여 상기 촬영된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 결함 형상 정보를 추출한다. 상기 결함 형상 추출 모듈에서 추출된 상기 결함 형상 정보를 기반으로 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득할 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 상기 검출된 초음파 신호 정보들로부터 상기 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 측정하여 모니터링하고, 상기 검출된 결함 형상 정보로부터 상기 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 측정하여 모니터링한다. 또한, 상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 상기 검출된 초음파 신호의 진폭 또는 중심 주파수가 최대값으로부터 하강하는 하강부의 일정 지점을 상기 결함 부분의 시작점으로 판단하여 결함의 위치를 산출할 수 있다. 또한, 상기 조사용 레이저 빔에 의해 유도된 초음파가 상기 물체를 전파한 후 상기 간섭계에 의해 감지된 초음파 신호에서 진폭의 감쇠와 고주파 주파수 성분의 감쇠를 측정하여 물체의 결함 또는 열화 상태 등을 검사할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 장치는 레이저 빔, 신호 정보, 특정 장치의 이동, 분석 동작 등을 제어할 수 있으며 컴퓨터 등을 이용할 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 물체 결함 측정 장치의 예를 설명한다.
도 3은 도 2의 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)를 도시한 도면이다.
도 3에서 보는 것과 같이, 상기 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)는 초음파 유도 모듈(1), 초음파 신호 검출 모듈(2), 및 결함 형상 추출 모듈(3) 및 제어/신호 처리 컴퓨터(6)를 포함할 수 있다. 또한, 도 1의 종래의 레이저-초음파 검사 장치와 비교해 보면, 측정 시편(5)의 결함 형상을 추출하기 위해 결함 형상 추출 모듈(3) 및 영상 렌즈(66)가 추가적으로 사용될 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 상기 초음파 유도 모듈(1)은 적어도 하나의 선형 펄스 레이저 빔을 선형 펄스 레이저 빔 조사용 집속 광학계(67)(이하, 조사용 집속 광학계)를 통하여 상기 측정 시편(5)의 표면에 조사하여 초음파를 발생시킨다. 이때, 상기 조사용 집속 광학계(67)는 복수의 선형 펄스 레이저 빔을 조사할 수 있다. 또한, 상기 조사용 집속 광학계(67)로부터 일정 거리에 위치한 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)은 집속 광학계(65)를 통해 측정용 레이저 빔을 조사하여 상기 측정 시편(5)에 전파된 초음파 신호를 측정할 수 있다. 상기 초음파 신호의 측정을 위해 상기 조사용 집속 광학계(67)는 일정 간섭계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조사용 집속 광학계(67)로부터 일정 거리만큼 떨어진 결함 형상 추출 모듈(3)은 상기 조사용 집속 광학계(67)가 상기 측정 시편(5)상에 조사되는 상기 조사용 레이저 빔의 영상을 획득하기 위해 영상 렌즈(66)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 상기 초음파 유도 모듈(1), 상기 초음파 신호 검출 모듈(2), 및 상기 결함 형상 추출 모듈(3)를 전체적으로 제어하고 상기 초음파 신호 검출 모듈(2), 및 상기 결함 형상 추출 모듈(3)로부터 수신한 데이터를 신호 처리하여 상기 측정 시편(5)에 대한 표면 결함의 존재 유무, 깊이 정보를 획득할 뿐만 아니라 표면 결함의 외부 형상 및 바닥부의 형상 정보와 같은 상세한 결함 정보를 추출할 수 있다. 또한, 상기 스캐너(4)는 상기 집속 광학계(65), 상기 영상 렌즈(66), 및 상기 조사용 집속 광학계(67)를 이동시키는 기능을 한다. 따라서, 상기 조사용 레이저 빔은 상기 스캐너(4)에 의해 상기 물체에서 조사 영역을 스캔할 수 있다. 도 3의 세부적인 설명은 도 4의 예를 참고하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)의 내부 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 4에서 보는 것과 같이, 상기 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)는 크게 초음파 유도 모듈(1), 초음파 신호 검출 모듈(2), 및 결함 형상 추출 모듈(3)을 포함하고 제어/신호 처리 컴퓨터(6), 및 스캐너(4) 등이 함께 사용될 수 있다.
상기 초음파 유도 모듈(또는 선형 레이저 빔 조사용 펄스 레이저 장치)(1)은 상기 측정 시편(5)에 상기 조사용 레이저 빔을 조사하기 위해서 펄스 레이저 장치(11)를 구비할 수 있다. 상기 펄스 레이저 장치(11)에서 조사된 펄스 레이저 빔은 일련의 과정을 거쳐서 상기 측정 시편의 위치 B에 조사될 수 있다. 또한, 상기 초음파 유도 모듈(1)은 상기 조사된 펄스 레이저 빔을 보다 정밀하게 조절하기 위해 상기 펄스 레이저 빔을 필요에 따라 차단 또는 통과시키는 셔터(12), 상기 셔터를 거친 상기 펄스 레이저 빔의 세기를 조절하는 중성 농도 필터(Neutral density filter)(13), 상기 중성 농도 필터(13)를 거친 상기 펄스 레이저 빔의 입사 각도를 변환시키는 거울(14) 및 상기 거울(14)을 지난 상기 펄스 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈(15)를 더 포함할 수 있다. 상기 집속 렌즈(15)는 상기 펄스 레이저 빔을 광파이버(62) 안으로 집속시키며, 조사용 집속 광학계(67)는 광파이버(62)를 통과한 상기 펄스 레이저 빔을 적어도 하나의 선형 펄스 레이저 빔으로 만든 후에 측정 시편(5)의 표면 위치 B에 조사할 수 있다. 상기 조사된 적어도 하나의 선형 펄스 레이저 빔에 의해 초음파가 발생되고 발생된 초음파는 측정 시편의 표면을 따라 타측 위치 A 방향으로 전파해 나가며, 측정용 레이저 간섭계(2)는 A 위치를 지나가는 초음파를 수신한다.
상기 초음파 신호 검출 모듈(또는 초음파 측정용 레이저 간섭계 장치)(2)은 상기 집속된 펄스 레이저 빔에 의해 유도되어 상기 측정 시편(5)의 표면을 따라 전파된 초음파 신호를 수신하는 간섭계(interferometer)를 포함할 수 있고, 그 간섭계의 일례로서 이중 파동 혼합 간섭계(two-wave mixing interferometer)를 사용할 수 있다. 상기 간섭계는 측정용 레이저(연속 발진 레이저)를 조사하는 연속 발진 레이저 장치(21)와 연속 발진 레이저를 나누는 빔가르개(22)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 빔가르개(22)에 의해 나뉘어져 반사된 레이저 빔(이하, 기준빔)의 편광을 회전시키는 반파장판(27)과 상기 반파장판에서 나온 빔을 비스듬하게 광굴절 결정(29)으로 직접 입사시키는 거울(28)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)에는 상기 빔가르개(22)를 투과한 연속 발진 레이저 빔(물체빔)의 입사 각도를 변환시키는 거울(23)과 상기 거울(23)에 의해 입사된 빔을 편광 반사시키는 편광 빔가르개(24)가 포함될 수 있다. 이때, 상기 편광 반사된 빔의 편광 상태를 바꾸는 1/4 파장판(25)이 사용될 수 있고, 1/4 파장판(25)으로부터 나온 빔을 광파이버(63)와 결합시키는 광결합기(26)가 사용될 수 있다. 또한, 상기 측정 시편(5)에서 산란된 빛을 모은 후 상기 광결합기(26)와 1/4 파장판(25)을 거쳐 편광이 90도 회전되어 편광 빔가르개(24)를 투과한 후 집속된 레이저 빔(물체빔)을 입사 받는 상기 광굴절 결정(29)이 포함될 수 있다. 상기 광굴절 결정(29)을 통과한 물체빔과 상기 광굴절 결정(29)에서 회절된 기준빔이 만드는 간섭 무늬를 집속하는 영상 렌즈(30)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)은 상기 집속된 간섭 무늬를 입사 받아 광신호를 검출하는 고이득 광센서(31)와 상기 고이득 광센서(31)에서 검출된 광신호를 디지털 전기 신호로 변환하는 A/D 변환기(32)와 상기 A/D 변환기(32)로부터의 디지털 값을 저장하는 저장 장치(33)를 포함할 수 있다. 초음파 신호 추출 장치(34)는 상기 저장 장치(33)에 저장된 데이터로부터 초음파 신호 부분을 추출하고, 이에 따라 결함 정보 신호 처리 장치(35)는 제어/신호 처리 컴퓨터(6)에서 결함의 위치와 깊이 정보가 추출될 수 있도록 일정 형태로 상기 추출된 초음파 신호를 처리한다. 또한, 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)은 상기 광파이버(63)를 통과한 연속 발진 레이저 빔을 상기 집속 광학계(65)를 사용하여 상기 측정 시편(5)의 표면 A상을 집속시켜서 초음파에 의하여 변이되는 이 위치에서의 표면 변이를 측정한다.
또한, 상기 결함 형상 추출 모듈(또는 표면 결함 측정용 형상 정보 추출 장치)(3)에서는, 상기 측정 시편(5)의 B 위치에 조사되는 적어도 하나의 선형 펄스 레이저 빔 영상을 광파이버(64)의 끝단에 위치한 영상 렌즈(66)로 집속하고 이에 따라 얻어지는 영상을 신호 처리한다. 상기 결함 형상 추출 모듈(3)은 상기 광파이버(64)와 광결합기(57)를 통과한 영상을 획득하는 영상 획득 장치(41), 상기 측 정 시편(5)을 조명하는 조명 장치(42), 상기 영상 획득 장치(41)의 센서들(46, 48)을 이용하여 획득한 두 개의 영상을 각각 저장하는 영상 저장 장치들(51, 54)을 포함한다. 또한, 영상 저장 장치들(51, 54)에 저장된 각각의 영상들에서 선형 레이저 빔 영상 부분의 중심선을 추출하는 중심선 추출 장치들(52, 55)과 추출된 각각의 중심선 정보로부터 결함 형상 정보를 수집하는 결함 형상 정보 수집 장치들(53, 56)이 더 포함된다.
상기 결함 형상 추출 모듈(3)에서, 상기 영상 획득 장치(41)는 측정시편상에 조사되는 선형 펄스 레이저 빔 영상을 분할하는 빔 분할기(43)와 분할된 첫 번째 영상(이하, 제1 영상)의 강도를 조절하는 감쇠 필터(44)와 원하는 색상 대역을 필터링하여 노이즈를 제거하는 색 필터(45)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 색 필터(45)를 통과한 영상을 전기적 신호로 변화시키는 일정 센서(이하, CCD 센서(46))의 획득 시간과 측정 시편(5) 표면상의 선형 펄스 레이저 빔 영상을 정확히 얻기 위한 선형 펄스 레이저 빔 조사 시간의 동기를 일치시키는 시간 지연 동기 장치(49)가 사용될 수 있다.
즉, 상기 빔 분할기(43)에 의한 상기 분할 영상들에 따른 정보는 결함 형상 정보 수집 장치들(53, 56)에 각각 전송되어 수집된다. 즉, 제1 결함 형상 정보 수집 장치(53)에서 수집된 제1 영상에 대한 중심선을 기반으로 표면 결함의 3차원 형상 정보가 추출될 수 있다. 여기서, 상기 제1 영상에 대한 중심선은 물체 표면에 일정 간격으로 조사된 조사용 레이저 빔의 영상들의 중심선이다.
상기 결함 형상 추출 모듈(3)에서, 상기 빔 분할기(43)에 의해 분할된 두 번 째 영상(이하, 제2 영상)은 상기 조사용 레이저 빔이 조사된 후에 이로 인해 측정 시편(5) 상에 남는 자국 영상을 얻기 위한 영상으로서, 이 영상의 노이즈 부분은 색 필터(47)에서 제거될 수 있다.
또한, 시간 지연 동기 장치(50)를 이용하여 색 필터(47)를 통과한 광영상 신호를 전기 신호로 변환시키는 일정 센서(이하, CCD 센서(48))의 획득 시간과 측정 시편의 표면 영상을 얻기 위한 선형 펄스 형태의 상기 조사용 레이저 빔 조사 시간의 동기를 일치시킬 수 있다.
또한, 제2 결함 형상 정보 수집 장치(56)에서 수집된 제2 영상에 대한 물체 표면 자국의 중심선을 기반으로 표면 결함의 3차원 형상 정보가 추출될 수 있다. 여기서, 상기 물체 표면 자국의 중심선은 상기 조사용 레이저 빔에 의해 남을 수 있는 물체 표면의 자국 영상에 대한 중심선이다.
이때, 상기 시간 지연 동기 장치들(49, 50)의 센서들(46, 48)에 대한 동기화에 따라 상기 결함의 위치와 깊이 정보뿐만 아니라, 상기 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상에 대한 정보 추출이 가능하게 된다.
또한, 상기 영상 획득 장치(41) 내의 센서들(46, 48)은 CCD(Charged Coupled Device) 센서, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서, 또는 기타 영상 촬영 센서 등을 포함하는 의미의 센서를 의미한다.
상기 CCD(Charged Coupled Device) 센서(46, 48)는 상기 CCD 센서(46, 48)에 노출된 이미지를 전기적인 형태로 바꾸어 전송 또는 저장하는 기능을 담당하는 반도체 기억 소자로서, 상기 CCD 센서(46, 48)의 렌즈를 통해 받아들인 빛을 CCD 내 부의 각 센서가 인지하여 A/D 전환된 디지털 데이터로 바꿀 수 있다. 상기 CCD 센서(46, 48)는 색상의 인식(Recognition)을 위해 필터를 사용하여 각각의 R-G-B 센서(Capacitor)에서 부과된 빛의 양을 측정하여 디지털 신호로 변환하고, 입사되는 빛을 전자적으로 R-G-B로 분리하여 인식하거나 별도의 원색 필터를 사용하여 R-G-B 원색으로 분리하며, R-G-B 센서가 모자이크 방식으로 CCD에 배열되어 있어 인입된 빛의 양을 각 센서가 측정하여 기록할 수 있다. 상기 CCD 센서(46, 48)의 종류는 가장 기초적인 CCD 기술을 사용하는 Linear Array(3Pass) 방식, 3개의 Linear CCD (RGB) 사용하고 해상도가 뛰어나며 스캐너에서 주로 사용하는 Trilinear Array(1Pass) 방식, 빠른 시간에 이미지 전체의 캡쳐가 가능한 넓은 스팩트럼 형태의 Area CCD 방식, 및 CCD 소자들이 정사각형의 셀들로 구성되어 있으며 디지털카메라가 채택하고 있는 CCD 방식으로 캡쳐하는 속도가 빠른 Area CCD(Colored Cells)방식(Matrix) 등이 있다.
또한, 상기 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 센서는 입력된 빛의 연속적인 변환을 통해 데이터를 얻고, 반도체에 아날로그 신호와 디지털 신호 처리 회로를 한 곳에 집적하며 필터를 사용하지 않고 반도체 소자가 직접 빛을 받아들이는 센서이다.
또한, 본원 발명을 구현하기 위해 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)에서 상기 조사용 레이저 빔이나 상기 측정용 레이저 빔의 진행 방향을 변화시킬 필요가 있는 경우 각 레이저 빔의 입사 각도 등을 변화시킬 수 있는 거울 등을 상기 레이저 빔이 진행되는 경로에 적절히 배치하고 필요에 따라 그 수를 가감하여 사용할 수 있다.
상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 스캐너 드라이버(61)를 이용하여 스캐너(4)를 제어하고 각종 신호 처리와 시스템 운영을 담당한다. 상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 상기 결함 형상 정보 수집 장치들(53, 56)으로부터 수신한 영상 정보들 및 결함 정보 신호 처리 장치로(35)부터 수신한 신호 정보들을 종합적으로 분석하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 여기서 집속 광학계(65)와 영상 렌즈(66) 및 선형 펄스 레이저 빔 조사용 집속 광학계(67)는 하나의 모듈로 구성되며 스캐너(4)에 의하여 같이 움직일 수 있다. 또한, 상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 스캐너 드라이버(61)에 따라 상기 스캐너(4)가 동작하도록 하고, 상기 시간 지연 동기 장치들(49, 50)도 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 상기 검출된 초음파 신호의 전압 또는 주파수가 최대값으로부터 하강하는 하강부의 일정 지점을 상기 결함 부분의 시작점으로 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)의 결함 형상 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 보는 것과 같이, 상기 결함 형상 정보 수집 장치들(53, 56)이 추출된 중심선 정보로부터 표면 결함의 형상을 측정하는 원리를 나타낸다. 연속으로 스캔되는 선형 펄스 레이저 빔은 측정 대상체에 반사될 수 있다. 즉, 상기 선형 펄스 레이저 빔이 측정 대상체에 조사되면 일정 관측 각도 θ에 위치한 상기 CCD 센서(46(또는 48))는 배율 k(=f'/f)(대상체 삼각형에 대한 영상 삼각형의 배율)로 표면 영상을 획득할 수 있다. 상기 영상 삼각형 y'는 상기 CCD 센서(46(또는 48))에 서 획득한 영상으로부터 구할 수 있으며 기준선으로부터 높이 H를 식(1)을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112006004841939-PAT00001
.......... (1)
따라서, 상기 물체 결함의 높이는 상기 선형 펄스 레이저 빔의 입사 각도나 상기 CCD 센서(46(또는 48)), 영상 렌즈(66) 등의 위치에 따라 변화하는 값이 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 펄스 레이저 빔을 이용한 결함 형상 측정 방법을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 표면 결함 부분의 형상 측정하기 위한 세부적 방법을 도시한 도면이다.
도 6에서 보는 것과 같이, 연속으로 스캔되는 선형 펄스 레이저 빔은 측정 대상체에 반사될 수 있다. 상기 선형 펄스 레이저 빔의 간격은 d로 일정하며 측정 시편의 표면상에 결함이 있으면 그 깊이에 비례하는 값인 h'(h'= d - m) 값을 구할 수 있으며 이 값을 상기 CCD 센서(46, 48)에서 구하면 y' 값이므로 실제 표면 결함의 깊이 정보는 식 (1)을 이용하여 구할 수 있다.
도 6과 같이, 상기 선형 펄스 레이저 빔의 영상을 획득하여 표면 결함의 외부 형상 및 상기 표면 결함의 바닥부 형상의 3차원 형상 정보를 추출할 수 있다. 또한, 상기 조명 장치(42)를 이용하여 결함 위치에 조명을 내리쬐는 후에 상기 선 형 펄스 레이저 빔이 조사되도록 할 수 있다. 이로 인해 생기는 측정 시편(5)의 표면에 나타나는 자국 영상을 획득하여 동일한 방법으로 표면 결함의 3차원 형상 정보를 추출할 수 있다. 이때, 영상 획득 장치(41)는 상기 조명 장치(42)의 조명으로 인하여 보다 선명한 자국 영상을 획득할 수 있다.
도 7은 도 6의 '다' 점선 부분을 확대하여 나타낸 그림이다. 상기 선형 펄스 레이저 빔들 중 세가지 레이저 빔들이 결함을 거쳐 지나가고 맨 왼쪽의 레이저 빔(이하, 제1 레이저 빔)과 그 옆의 레이저 빔(이하, 제2 레이저 빔)은 결함을 거치기 전에는 'd' 간격을 유지하면 진행된다. 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 간격은 결함으로 오목한 부분에 상기 제2 레이저 빔이 지나가면서 휘어진다. 그 결과, 상기 제1 레이저 빔과 결함 내부의 상기 제2 레이저 빔의 간격은 'm'이 된다. 따라서, 상기 결함 내부의 상기 제2 레이저 빔과 결함이 없다고 가정할 시에 상기 제2 레이저 빔의 진행 경로와의 간격은 h'= d - m 이 된다.
도 8은 초음파 신호의 최대-최소값을 이용하여 결함 위치를 측정하는데 사용되는 실험 결과 차트의 예이다.
도 8은 상기 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)를 이용하여 폭이 0.3mm이고 깊이가 0.4mm인 표면 결함에 대하여 각 SLS 위치에서 최대-최소값의 변화를 관찰함으로써 결함의 위치 검사를 수행한 결과를 나타낸 그래프이다. 여기서, 선형 펄스 레이저 빔은 일정한 간격으로 스캔되며, 매 스캔 간격은 60 μm간격으로 SLS 기법으로 이동하면서 측정하였다.
상기 최대-최소값은 상기 선형 펄스 레이저 빔이 측정 시편(5)의 바로 앞에 위치할 때 선형 펄스 레이저 빔에 의해 직접 유도되는 초음파 신호와 결함에 의하여 반사된 신호의 상호 보강 간섭 현상으로 인하여 그 값이 갑자기 증가하므로 결함의 위치를 식별할 수 있다. 또한, 상기 선형 펄스 레이저 빔이 결함을 통과하면 상기 초음파 신호는 감쇠되고 상기 감쇠 정도는 결함의 깊이에 비례하므로 결함의 깊이도 추정할 수 있다.
도 9는 초음파 신호의 중심 주파수 값을 이용하여 결함 위치를 측정하는데 사용되는 실험 결과 차트의 예이다.
도 9는 도 8과 동일한 조건과 동일한 방법으로 결함의 위치 정보 추출에 대한 실험 결과이며 각 SLS 위치에서 초음파 신호의 중심 주파수를 관찰함으로써 결함의 유무 및 위치 정보를 추출하기 위한 실험 결과이다. 도 8에서와 마찬가지로, 선형 펄스 레이저 빔이 결함 직전에 위치할 때 선형 펄스 레이저 빔에 의하여 직접 유도된 초음파 신호와 표면 결함에서 반사된 초음파 신호와의 간섭이 발생하는 순간에 초음파 스펙트럼 신호에서 중심 주파수가 크게 상승할 수 있다. 따라서, 상기 중심 주파수의 상승점을 관찰함으로써 표면 결함의 위치를 관찰할 수 있어서 매우 효과적이다.
이하에서는 도 2 및 도 4를 참조하면서 지금까지 설명한 본 발명에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)를 동작 과정의 단계에 따라 설명을 하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)는 물체의 표면에 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 초음파를 발생시킨다(S1010). 이때, 선형 펄스 레이저 빔과 같은 SLS(scanning laser source)기법의 조사용 레이저 빔을 이용하여 초음파를 유도할 수 있다. 상기 유도된 초음파는 물체의 표면을 전파한다(S1020).
다음에, 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)의 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)은 측정용 레이저 빔을 상기 초음파가 전파되는 물체의 표면에 조사하여 비접촉 방식으로 초음파 신호 정보들을 추출한다. 이에 따라 제어/신호 처리 컴퓨터(6)에서 상기 추출된 초음파 신호 정보들을 기반으로 미소 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득할 수 있다(S1030). 상기 초음파 신호 검출 모듈(2)은 상기 초음파 신호 정보들을 획득하기 위해 일정 간격에 위치한 이중 파동 혼합 간섭계(two-wave mixing interferometer)를 이용할 수 있다. 또한, 상기 이중 파동 혼합 간섭계에는 측정용 레이저 장치(21) 및 상기 측정용 레이저 빔을 분할하는 빔가르개(22) 등이 포함될 수 있으며 상기 초음파 신호 정보를 추출하기 위하여 조사 영역은 복수 개의 측정용 레이저 빔을 사용할 수 있다. 상기 제어/신호 처리 컴퓨터(6)는 상기 검출된 초음파 신호의 진폭 또는 중심 주파수가 일정값 이상 상승한 최대값으로부터 하강하는 하강부의 일정 지점을 상기 결함 부분의 시작점으로 판단하여 결함의 위치를 산출할 수 있다. 또한, 상기 조사용 레이저 빔에 의해 유도된 초음파가 상기 물체를 전파한 후 상기 간섭계를 감지하여 물체의 결함 또는 열화 상태 등을 검사할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 레이저 빔, 신호 정보, 특정 장치의 이동, 분석 동작 등을 제어할 수 있으며 컴퓨터 등을 이용할 수 있다.
또한, 비접촉식 표면 결함 검사 장치(200)의 결함 형상 추출 모듈(3)은 상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 촬영하여 상기 촬영된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 결함 형상 정보를 추출한다. 이에 따라, 제어/신호 처리 컴퓨터(6)에서 상기 결함 형상 정보를 기반으로 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득할 수 있다(S1040). 상기 결함 형상 추출 모듈(3)은 상기 조사용 레이저 빔의 영상들로부터 상기 조사용 레이저 빔의 영상 부분의 중심선을 추출할 수 있고, 상기 추출된 중심선 정보로부터 상기 표면 결함의 형상 정보를 추출할 수 있다.
또한, 상기 결함 형상 추출 모듈(3)은 빔 분할기(43)를 이용하여 상기 물체 표면에 조사되는 조사용 레이저 빔의 영상을 복수개로 분할하고 복수개의 분할 영상을 획득하는 영상 획득 장치(41)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 빔 분할기(43)에 의해 상기 분할 영상들은 결함 형상 정보 수집 장치들(53, 56)에 각각 전송되고, 제1 결함 형상 정보 수집 장치(53)에서 수집된 조사용 레이저 빔의 영상들의 중심선을 기반으로 표면 결함의 3차원 형상 정보가 추출될 수 있다. 또한, 제2 결함 형상 정보 수집 장치(56)에서 수집된 물체 표면 자국의 중심선을 기반으로 표면 결함의 3차원 형상 정보가 추출될 수 있다.
또한, 상기 결함 형상 추출 모듈(3)은 상기 조사용 레이저 빔의 영상들을 전기적 신호로 변화시키는 일정 센서들(46, 48)을 더 포함하고, 상기 선형 펄스 레이저 빔이 조사되는 순간의 영상을 얻기 위한 조사용 레이저 빔의 조사 시간과 상기 일정 센서의 획득 시간의 동기를 일치시키는 시간 지연 동기 장치들(49, 50)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 결함 형상 추출 모듈(3)은 복수의 일정 센서들(46, 48) 을 포함하고, 각 일정 센서들은 물체 표면에 조사되는 조사용 레이저 빔의 영상들을 획득하거나, 상기 조사용 레이저 빔이 조사되고 난 후에 물체 표면에 남은 자국을 다음 조사용 레이저 빔이 조사되기 전에 물체 표면의 자국 영상을 얻을 수 있다.
또한, 상기 조사용 집속 광학계(67), 측정 시편(5)의 표면상에 조사되는 선형 펄스 레이저 빔의 영상을 획득하기 위한 형상 정보 추출 장치의 영상 렌즈(66), 및 초음파 신호를 비접촉식으로 측정하기 위한 집속 광학계(65)는 하나의 바(bar)에 함께 고정되어 있으며 스캔될 수 있다.
도 10과 같은 본 발명에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 방법에는 도 2 내지 도 9의 실시예들에서 언급한 상세한 내용들이 그대로 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 물체의 결함을 검사하기 위하여 도 2 또는 도 3의 제어/신호 처리 컴퓨터(6)로 사용될 수 있는 범용 컴퓨터 장치(1100)의 내부 블록도이다.
상기 컴퓨터 장치(1100)는 램(RAM: Random Access Memory)(1120)과 롬(ROM: Read Only Memory)(1130)을 포함하는 주기억장치와 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1110)를 포함한다. 프로세서(1110)는 중앙처리장치(CPU)로 불리기도 한다. 본 기술분야에서 널리 알려져 있는 바와 같이, 롬(1130)은 데이터(data)와 명령(instruction)을 단방향성으로 CPU에 전송하는 역할을 하며, 램(1120)은 통상적으로 데이터와 명령을 양방향성으로 전송하는 데 사용된다. 램(1120) 및 롬(1130)은 컴퓨터 판독 가능 매체의 어떠한 적절한 형태를 포함할 수 있다. 대용량 기억장치 (Mass Storage)(1140)는 양방향성으로 프로세서(1110)와 연결되어 추가적인 데이터 저장 능력을 제공하며, 상기된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체 중 어떠한 것일 수 있다. 대용량 기억장치(1140)는 프로그램, 데이터 등을 저장하는데 사용되며, 통상적으로 주기억장치보다 속도가 느린 하드 디스크와 같은 보조기억장치이다. CD 롬(1160)과 같은 특정 대용량 기억장치가 사용될 수도 있다. 프로세서(1110)는 비디오 모니터, 트랙볼, 마우스, 키보드, 마이크로폰, 터치스크린 형 디스플레이, 카드 판독기, 자기 또는 종이 테이프 판독기, 음성 또는 필기 인식기, 조이스틱, 또는 기타 공지된 컴퓨터 입출력장치와 같은 적어도 하나의 입출력 인터페이스(1150)와 연결된다. 마지막으로, 프로세서(1110)는 네트워크 인터페이스(1170)를 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 연결될 수 있다. 이러한 네트워크 연결을 통하여 상기된 방법의 절차를 수행할 수 있다. 상기된 장치 및 도구는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.
상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매 체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 비접촉식 표면 결함 검사 장치 및 방법은 초음파를 이용하여 결함의 위치, 깊이 등 결함 정보를 추출할 수 있을 뿐만 아니라, 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상도 측정하여 제공할 수 있으므로 재료의 미소 결함 및 수명 등을 예측할 수 있고 산업상 여러 분야에서 널리 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 물체의 표면에 초음파를 발생시키는 초음파 유도 모듈;
    상기 초음파가 전파되는 상기 물체의 표면에 측정용 레이저 빔을 조사하고 일정 간섭계를 이용하여 상기 물체 표면의 초음파를 측정하여 초음파 신호 정보들을 추출하는 초음파 신호 검출 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 획득하여 상기 획득된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 결함 형상 정보를 추출하는 결함 형상 추출 모듈
    을 포함하고,
    상기 초음파 신호 검출 모듈에서 추출된 상기 초음파 신호 정보들을 기반으로 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득하고,
    상기 결함 형상 추출 모듈에서 추출된 상기 결함 형상 정보를 기반으로 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결함 형상 추출 모듈은 빔 분할기를 이용하여 상기 물체 표면에 조사되는 상기 조사용 레이저 빔의 영상을 복수개로 분할하고 복수개의 분할 영상들을 획 득하는 영상 획득 장치를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 결함 형상 추출 모듈은,
    상기 물체 표면에 일정한 간격으로 조사되는 상기 조사용 레이저 빔으로부터의 상기 복수개의 분할 영상들 중 어느 하나의 영상으로부터 중심선을 추출하고 수집하여 표면 결함의 3차원 형상 정보를 추출하는 것
    을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 결함 형상 추출 모듈은,
    상기 조사용 레이저 빔에 의해 남아 있는 물체 표면의 자국 영상을 상기 복수개의 분할 영상들을 기반으로 획득한 후 자국의 중심선을 추출하고 수집하여 표면 결함의 3차원 형상 정보를 추출하는 것
    을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 결함 형상 측정 모듈은,
    상기 조사용 레이저 빔의 영상의 강도를 조절하는 감쇠 필터;
    상기 조사용 레이저 빔의 영상의 일정 색상 대역을 필터링하여 노이즈를 제거하는 색 필터; 및
    상기 감쇠 필터 또는 상기 색 필터에서 처리되는 상기 조사용 레이저 빔의 영상들을 저장하는 영상 저장 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 결함 형상 추출 모듈은,
    상기 조사용 레이저 빔의 영상을 전기적 신호로 변화시키는 센서; 및
    상기 조사용 레이저 빔의 조사 시간과 상기 센서의 획득 시간의 동기를 일치시키는 시간 지연 동기 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 결함 형상 추출 모듈은,
    상기 빔 분할기를 이용하여 상기 물체 표면에 조사되는 상기 조사용 레이저 빔으로부터 획득된 복수개의 분할 영상들로부터 상기 조사용 레이저 빔이 조사된 후의 상기 물체 표면에 발생하는 자국 영상을 얻는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결함 형상 추출 모듈은,
    복수의 센서들을 포함하고, 상기 복수의 센서들 각각은 상기 조사용 레이저 빔이 조사되고 난 후에 물체 표면에 남은 자국을 다음 조사용 레이저 빔이 조사되기 전에 물체 표면의 자국 영상을 얻는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 초음파 신호 정보들로부터 상기 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 측정하여 모니터링하고, 상기 검출된 결함 형상 정보로부터 상기 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 측정하여 모니터링하는 제어/신호 처리 컴퓨터
    를 더 포함하고,
    상기 제어/신호 처리 컴퓨터는 검출된 초음파 신호의 진폭 또는 중심 주파수가 일정값 이상 상승하는 최대값으로부터 하강하는 하강부의 일정 지점을 상기 결함 위치의 시작점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결함 형상 추출 모듈은 조명 장치를 이용하여 영상을 보다 선명하게 추출하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 장치.
  11. 물체의 표면에 적어도 하나의 조사용 레이저 빔을 이용하여 초음파를 발생시키는 단계;
    상기 물체의 표면에 전파되는 초음파에 측정용 레이저 빔을 상기 물체의 표면에 조사하여 초음파 신호를 측정하고, 상기 측정된 초음파 신호들로부터 결함의 위치 정보 및 깊이 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 조사용 레이저 빔의 영상을 촬영하여 상기 촬영된 조사용 레이저 빔의 중심선을 기반으로 결함 형상 정보를 추출하고, 상기 결함 형상 정보로부터 결함의 외부 형상 및 결함의 바닥부 형상을 획득하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 표면 결함 검사 방법.
  12. 제11항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
KR1020060006674A 2006-01-23 2006-01-23 표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및방법 KR100788823B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060006674A KR100788823B1 (ko) 2006-01-23 2006-01-23 표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060006674A KR100788823B1 (ko) 2006-01-23 2006-01-23 표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070077251A true KR20070077251A (ko) 2007-07-26
KR100788823B1 KR100788823B1 (ko) 2007-12-27

Family

ID=38501863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060006674A KR100788823B1 (ko) 2006-01-23 2006-01-23 표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100788823B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100924199B1 (ko) * 2007-11-14 2009-10-29 한국원자력연구원 다중 레이저 표면파를 이용한 표면 결함 검사 장치 및 방법
WO2011049366A2 (ko) * 2009-10-21 2011-04-28 한국표준과학연구원 원자로 결함 검출시스템 및 그 방법
KR101384921B1 (ko) * 2012-12-27 2014-04-17 한국기술교육대학교 산학협력단 패널 검사 장치 및 그 방법
CN104237381A (zh) * 2014-10-15 2014-12-24 北京新联铁科技股份有限公司 一种激光超声和高速摄像的图像融合的钢轨探伤方法
KR101610821B1 (ko) * 2008-05-21 2016-04-20 포톤 다이나믹스, 인코포레이티드 전면 조명을 이용한 디스플레이 패널상의 결함 검출의 향상
US10197535B2 (en) 2015-05-29 2019-02-05 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Apparatus and method for full-field pulse-echo laser ultrasonic propagation imaging
KR20200091161A (ko) * 2019-01-22 2020-07-30 나우 주식회사 비접촉식 초음파/화상 자동 검사 장치
CN112748113A (zh) * 2020-12-21 2021-05-04 杭州电子科技大学 一种集成激光测量与超声探伤的测头装置及其测量方法
CN114414658A (zh) * 2022-01-11 2022-04-29 南京大学 一种金属表面微裂纹深度的激光超声探测方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101613133B1 (ko) 2009-05-14 2016-04-18 삼성전자주식회사 3차원 영상 처리 장치 및 그 방법
KR101057586B1 (ko) 2010-03-04 2011-08-18 전북대학교산학협력단 기형 초음파 전파 영상화 장치
KR101072802B1 (ko) 2010-04-30 2011-10-14 한국원자력연구원 레이저를 이용하는 검사 장치 및 방법
CN110057829A (zh) * 2019-04-30 2019-07-26 南水北调工程设计管理中心 一种内壁裂缝和变形的综合检测装置及检测方法
KR102632652B1 (ko) 2019-11-27 2024-02-05 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이의 불량 검출 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5946538A (ja) 1982-09-09 1984-03-15 Rikagaku Kenkyusho マンガン団塊の微量金属遠隔定量分析法
JPS6358155A (ja) 1986-08-28 1988-03-12 Mitsubishi Electric Corp 非接触型超音波発生装置
JPH071254B2 (ja) * 1990-07-24 1995-01-11 浜松ホトニクス株式会社 超音波検出装置
JP3007474B2 (ja) * 1991-04-19 2000-02-07 川崎重工業株式会社 超音波探傷検査方法および装置
US6998616B2 (en) 2002-08-28 2006-02-14 Wayne State University System and method for acoustic chaos and sonic infrared imaging

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100924199B1 (ko) * 2007-11-14 2009-10-29 한국원자력연구원 다중 레이저 표면파를 이용한 표면 결함 검사 장치 및 방법
KR101610821B1 (ko) * 2008-05-21 2016-04-20 포톤 다이나믹스, 인코포레이티드 전면 조명을 이용한 디스플레이 패널상의 결함 검출의 향상
WO2011049366A2 (ko) * 2009-10-21 2011-04-28 한국표준과학연구원 원자로 결함 검출시스템 및 그 방법
WO2011049366A3 (ko) * 2009-10-21 2011-09-15 한국표준과학연구원 원자로 결함 검출시스템 및 그 방법
KR101110741B1 (ko) * 2009-10-21 2012-02-24 한국표준과학연구원 원자로 결함 검출시스템 및 그 방법
KR101384921B1 (ko) * 2012-12-27 2014-04-17 한국기술교육대학교 산학협력단 패널 검사 장치 및 그 방법
CN104237381A (zh) * 2014-10-15 2014-12-24 北京新联铁科技股份有限公司 一种激光超声和高速摄像的图像融合的钢轨探伤方法
US10197535B2 (en) 2015-05-29 2019-02-05 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Apparatus and method for full-field pulse-echo laser ultrasonic propagation imaging
KR20200091161A (ko) * 2019-01-22 2020-07-30 나우 주식회사 비접촉식 초음파/화상 자동 검사 장치
CN112748113A (zh) * 2020-12-21 2021-05-04 杭州电子科技大学 一种集成激光测量与超声探伤的测头装置及其测量方法
CN114414658A (zh) * 2022-01-11 2022-04-29 南京大学 一种金属表面微裂纹深度的激光超声探测方法
CN114414658B (zh) * 2022-01-11 2024-04-09 南京大学 一种金属表面微裂纹深度的激光超声探测方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR100788823B1 (ko) 2007-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100788823B1 (ko) 표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및방법
US9546967B2 (en) Apparatus and method for identifying defects within the volume of a transparent sheet and use of the apparatus
JP2022119894A (ja) 半導体試料内の瑕疵を検出又は精査するシステム
KR101336048B1 (ko) 광 단층촬영의 촬상방법 및 그 장치
US11692810B2 (en) Photoacoustic excitation sensing enhanced by cross-correlated unfocused speckle images
JP2004101189A (ja) 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
WO2013091584A1 (zh) 一种检测基质内缺陷的方法及装置
KR100762502B1 (ko) 표면 결함의 깊이를 측정하기 위한 레이저-초음파 검사장치 및 방법
KR100822680B1 (ko) 미세 다중결함 측정을 위한 레이저 초음파 검사장치 및방법
US20210116358A1 (en) Two-stage photo-acoustic excitation sensing systems and methods
KR100817615B1 (ko) 물체의 결함을 측정하기 위한 레이저 유도 초음파 검사장치 및 그 구현 방법
KR101264099B1 (ko) 다중 접합 반도체의 공극 검사 장치 및 방법
JP2012002619A (ja) レーザー干渉バンプ測定器
JP2008191122A (ja) 表面形状測定装置及び方法
TW201425863A (zh) 曲率量測系統及其方法
KR100924199B1 (ko) 다중 레이저 표면파를 이용한 표면 결함 검사 장치 및 방법
CN104990908A (zh) 激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法与装置
KR20150021346A (ko) 3차원 형상 측정기
JP2004069571A (ja) 表面検査装置
KR101505745B1 (ko) 이중 검출 반사 공초점 현미경 및 이를 사용하는 시편의 높이의 정보를 검출하는 방법
JP4040777B2 (ja) 異物検査装置
JP2016102776A (ja) 検査装置、及び検査方法
KR101108554B1 (ko) 진주 감별 장치 및 방법
JP5682952B2 (ja) 木材検査装置及び木材検査方法
CN116840260B (zh) 晶圆表面缺陷检测方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121011

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130923

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141008

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee