KR20080057956A

KR20080057956A - 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치 및 측정방법

Info

Publication number: KR20080057956A
Application number: KR1020060131916A
Authority: KR
Inventors: 엄태봉; 김종안; 김재완; 이재윤
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-06-25

Abstract

본 발명은 회전 운동에 무관한 투명 판재의 두께 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로 빛의 입사각, 반사각, 측정하고자 하는 투명판재의 굴절률 등을 기초로 하여 투명판재의 전면과 후면에서 반사되어 선형 이미지 센서에 입사되는 두 반사광들의 거리를 계산하여 두께를 측정한다. 기존의 방식으로 두께를 측정할 경우 측정 투명판재의 각도 변화로 인해 오차가 발생하는데 본 발명은 측정 투명판재의 각도변화에 영향을 받지 않아 LCD 기판이나 일반 판재유리 및 플라스틱의 제조공정에서 두께를 실시간으로 측정할 수 있다.

두께, 유리, 굴절률, 이미지센서, 투과, 반사.

Description

회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치 및 측정방법{Apparatus and method for measuring the thickness of the optical transparent plate insensitive to the rotational motion}

도1은 투명판재의 두께 측정을 위한 일반적인 측정 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도2는 도1의 측정원리를 이용하여 투명판재의 두께를 측정하기 위한 종래의 두께 측정장치를 보인 구성도이다.

도3은 도2에서 투명판재와 두께 측정장치 사이의 각도 변화에 따른 두께 측정오차를 보여주는 도표이다.

도4는 본 발명에 의한 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치를 보인 구성도이다.

도5는 도4에서 투명판재와 두께 측정장치 사이의 각도 변화에 따른 두께측정오차를 보여주는 도표이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1 : 레이저 2 : 투명판재

3a, 3b : 이미지센서 4, 7a, 7b : 광속 분리기

5 : 직각거울 6a, 6b : 거울

8 : 신호 처리기 10 : 두께 측정장치

본 발명은 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 빛의 반사 및 굴절을 이용한 투명판재의 두께를 측정할 수 있도록 하는 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

도1은 투명판재의 두께 측정을 위한 일반적인 측정 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 아주 작은 폭을 갖는 띠 모양의 레이저 빛이 투명판재(100)와 일정한 각도(θ)를 가지고 투명판재(100)에 입사된다. 레이저 빛은 투명판재(100)의 전면에서 일부 반사(I1)되고 일부는 투명판재(100)를 통과한 후 투명판재(100)의 후면에서 반사(I2)되어 투명판재(100)를 통과하여 나오게 된다.

이때 투명판재(100) 전면에서 반사된 레이저 빛(I1)과 후면에서 반사된 빛(I2)은 S만큼 거리가 떨어지게 된다. 따라서 반사된 두 빛 사이의 거리 S를 측정하면 아래의 수학식1에 의해 투명판재(100)의 두께를 구할 수 있다.

여기서, ｄ는 투명판재(100)의 두께, n은 투명판재(100)의 굴절률이 된다.

도2는 도1의 측정원리를 이용하여 투명판재(100)의 두께를 측정하기 위한 종래의 두께 측정장치(101)를 보인 구성도이다.

종래의 두께 측정장치(101)는 아주 작은 띠 모양의 빛을 발진하는 레이저(102)와, 투명판재(100)에서 반사된 두 빛 사이의 거리를 측정하기 위한 이미지 센서(103) 및 신호 처리기(104)를 구비하고 있다. 여기서 이미지센서(103)는 1차원 CCD센서나 2차원 CCD센서가 사용되며, 레이저(102)와 이미지센서(103) 사이는 일정한 각도를 갖고 설치된다. 상기의 수학식1을 보면 두께 ｄ는 투명판재(100)와 레이저 빛 사이의 각도 θ의 함수임을 알 수 있다.

도3은 상기 수학식 1을 적용하여 각도 θ에 따른 투명판재(100) 전면과 후면에서 반사된 두 빛 사이의 거리 S의 값을 보여준다.

여기서 투명판재의 굴절률 n은 1.5, 판재의 두께는 1 mm로 가정하여 두 반사 빛 사이의 거리 S를 계산하였다. 도3을 보면 S는 각도 θ가 증가함에 따라 함께 증가함을 알 수 있다.

따라서 도2의 두께 측정장치를 이용하여 투명판재의 두께를 측정할 경우 투명판재와 이미지센서를 포함하는 두께 측정장치 사이의 각도 변화에 따라 측정값이 달라지는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 측정대상물인 투명판재와 이미지센서를 포함하는 두께 측정장치 사이의 각도 변화에 무관하게 투 명판재의 두께를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레이저; 상기 레이저에서 발생한 빛을 통과 및 반사시키는 제1광속 분리기; 상기 제1광속 분리기에서 나온 두 빛을 각각 반사시키는 두 개의 거울; 상기 두 개의 거울에 의해 반사된 두 빛을 통과시켜 투명판재에 입사시키고 상기 투명판재에서 반사된 빛을 반사시키는 두 개의 제2, 3광속 분리기; 상기 투명판재에서 반사된 빛을 검출하도록 상기 제2, 3광속 분리기와 수직 선상에 배치되는 두 개의 이미지 센서; 및 상기 두 개의 이미지 센서의 신호를 처리하여 각 이미지 센서에서 계산된 상기 투명판재의 두께 값의 평균을 구하는 신호처리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 투명판재는 유리와 같이 세라믹 재료로 된 판재인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 투명판재는 플라스틱과 같이 화학적 재료로 된 판재인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제1광속 분리기는 상기 제1광속 분리기를 통과한 빛을 직각으로 반사시키기 위한 직각거울을 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 의한 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정방법은, 레이저에서 발생된 빛을 띠 모양의 빛으로 만든 후 제1광속 분리기에 입사시키는 제1단계; 상기 제1광속 분리기에 의해 상기 레이저로부터 입사되는 빛의 일부는 반사시 키고 일부는 통과시키는 제2단계; 상기 제1광속 분리기를 통과하거나 상기 제1광속 분리기에 의해 반사된 빛을 두 개의 거울로 반사시켜 제2, 3광속 분리기를 통해 투명판재에 입사시키는 제3단계; 상기 투명판재의 전면과 후면에서 반사되는 빛을 제2, 3광속 분리기로 반사시켜 두 개의 이미지 센서에 각각 입사시키는 제4단계; 및 상기 두 개의 이미지센서로 입사된 빛을 분석하여 상기 투명판재의 전면과 후면에서 반사된 빛 사이의 거리를 구하여 투명판재의 두께를 계산하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도4를 참조하면, 본 발명에 의한 두께 측정장치(10)는 좁은 폭을 가지는 띠 모양의 빛을 발진하는 레이저(1)를 구비하고, 이 레이저(1)의 빛 방출 선상에 배치되는 광속 분리기(4)와 직각거울(5)을 구비한다. 광속 분리기(4)와 직각거울(5)을 통과한 레이저 빛은 두 개의 빛(IA)(IB)으로 분리된다.

이렇게 분리된 두 개의 빛(IA)(IB)은 거울(6a)(6b)에 의해 각각 반사되어 광속 분리기(7a)(7b)를 그대로 통과하여 측정 대상물인 투명판재(2)에 각각 입사된다. 투명판재(2)에 입사된 두 빛은 투명판재(2)의 전면과 후면에서 각각 반사된다.

위에서와 같이 투명판재(2)의 전면과 후면에서 반사된 두 빛은 다시 광속 분리기(7a)(7b)에 의해 반사되어 이미지센서(3a)(3b)에 입사된다. 이때 광속 분리기(4)에 의해 반사된 빛(IB)은 이미지센서(3a)에 의해 검출되고, 상기 직각거울(5) 을 통과한 빛(IA)은 이미지 센서(3b)에 의해 검출된다.

이렇게 이미지센서(3a)(3b)에 의해 검출되는 두 신호가 신호 처리기(8)에 입력되므로 신호 처리기(8)는 투명판재(2) 전면과 후면에서 반사된 빛 사이의 간격을 구하고 수학식1에 의거하여 투명판재(2)의 두께를 각각 계산한다.

더 나아가서 신호 처리기(8)는 다시 수학식1에 의거하여 계산된 투명판재(2)의 두 두께 값을 평균하여 최종 두께를 계산한다.

여기서, 도4의 두께 측정장치(10)는 거울(6a)과 광속 분리(7a) 및 이미지 센서(3a)를 거울(6b)과 광속 분할기(7b) 및 이미지센서(3b)와 대칭적으로 설치하는 것이 바람직하다.

도5는 수학식1을 적용하여 도4에 개시된 본 발명에 의한 두께 측정장치(10)에서 각도 θ에 따른 레이저 두 빛(IA)(IB)이 투명판재(2)의 전면과 후면에서 각각 반사되었을 때 반사된 두 빛 사이의 거리 S의 평균값을 보여준다.

여기서, 투명판재(2)의 굴절률 n은 1.5, 투명판재(2)의 두께는 1 mm로 가정하여 두 반사 빛 사이의 거리 S를 계산하였다.

도5의 도표를 보면 S의 평균값은 각도 θ의 증감에 따라 크게 변하지 않음을 알 수 있다. 즉, 도2와 같은 종래의 두께 측정장치를 적용하였을 경우 도3에서 볼 수 있듯이 각도 θ의 변화에 따라 S의 값이 많이 변하였으나, 도4와 같은 본 발명의 두께 측정장치를 적용하였을 경우 도5에서 볼 수 있듯이 각도 θ의 변화에 S의 평균값이 크게 변하지 않음을 알 수 있다.

따라서 도2의 종래 두께 측정장치를 사용하여 두께 측정을 할 경우 투명판재 와 이미지센서를 포함하는 두께 측정장치 사이의 각도 변화에 따라 측정값이 달라지는 문제점이 있으나, 도4의 본 발명에 의한 두께 측정장치를 사용할 경우 투명판재와 이미지센서를 포함하는 두께 측정장치 사이의 각도 변화에 따라 두께 측정값이 거의 변화하지 않음을 알 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 투명판재의 두께를 대칭된 양 방향 두 곳에서 각각 측정하여 평균값을 냄으로써 두께 측정장치와 측정 대상물인 투명판재 사이의 각도 변화에 무관하게 투명판재의 두께를 측정할 수 있기 때문에 투명판재의 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 이는 유리나 플라스틱 등 판재 제조공정 시 판재의 흔들림에 따른 각도 변화에 무관하게 두께를 무관하게 정확하게 측정하여 공정 비용 및 공정 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

레이저;

상기 레이저에서 발생한 빛을 통과 및 반사시키는 제1광속 분리기;

상기 제1광속 분리기에서 나온 두 빛을 각각 반사시키는 두 개의 거울;

상기 두 개의 거울에 의해 반사된 두 빛을 통과시켜 투명판재에 입사시키고 상기 투명판재에서 반사된 빛을 반사시키는 두 개의 제2, 3광속 분리기;

상기 투명판재에서 반사된 빛을 검출하도록 상기 제2, 3광속 분리기와 수직 선상에 배치되는 두 개의 이미지 센서; 및

상기 두 개의 이미지 센서의 신호를 처리하여 각 이미지 센서에서 계산된 상기 투명판재의 두께 값의 평균을 구하는 신호처리기;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 투명판재는 유리와 같이 세라믹 재료로 된 판재인 것을 특징으로 하는 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 투명판재는 플라스틱과 같이 화학적 재료로 된 판재인 것을 특징으로 하는 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 제1광속 분리기는 상기 제1광속 분리기를 통과한 빛을 직각으로 반사시키기 위한 직각거울을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정장치.
레이저에서 발생된 빛을 띠 모양의 빛으로 만든 후 제1광속 분리기에 입사시키는 제1단계;

상기 제1광속 분리기에 의해 상기 레이저로부터 입사되는 빛의 일부는 반사시키고 일부는 통과시키는 제2단계;

상기 제1광속 분리기를 통과하거나 상기 제1광속 분리기에 의해 반사된 빛을 두 개의 거울로 반사시켜 제2, 3광속 분리기를 통해 투명판재에 입사시키는 제3단계;

상기 투명판재의 전면과 후면에서 반사되는 빛을 제2, 3광속 분리기로 반사시켜 두 개의 이미지 센서에 각각 입사시키는 제4단계;

상기 두 개의 이미지센서로 입사된 빛을 분석하여 상기 투명판재의 전면과 후면에서 반사된 빛 사이의 거리를 구하여 투명판재의 두께를 계산하는 제5단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 운동에 무관한 투명판재의 두께 측정방법.