KR20090107335A - 판유리 두께의 측정오차 보정방법 - Google Patents

판유리 두께의 측정오차 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 판유리 두께의 측정오차 보정방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 비접촉방식에 의한 판유리 두께 측정시 측정대상인 판유리의 기울어짐에 의한 측정오차를 보정하는 것으로, 레이저광출력기(10)를 매개로 입사광(L1)을 일정 각도(θ')만큼 경사지게 판유리(G')에 조사하여, 제3반사광(L4)에 의한 제5스폿(S5)과 제4반사광(L5)에 의한 제6스폿(S6)이 스크린(60)에 형성되도록 하는 단계; 영상촬영기(20)를 매개로 스크린(60)에 형성된 제5스폿(S5)과 제6스폿(S6) 간의 이격거리(x")를 영상 촬영하는 단계; 영상촬영기(20)의 촬영 영상으로부터 제5스폿(S5)과 제6스폿(S6) 간의 이격거리(x")를 구하는 단계; 수평면을 기준으로 판유리(G')의 기울어진 피치오차(α)를 측정하는 단계; 및
Figure 112008025383733-PAT00001
의 수학식을 이용해 판유리(G')의 두께(t')를 산출하는 단계로 이루어진 것이다.

Description

판유리 두께의 측정오차 보정방법{Measurement error correcting method for the thick of glass panel}
본 발명은 판유리 두께의 측정오차 보정방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 비접촉방식에 의한 판유리 두께 측정시 측정대상인 판유리의 기울어짐에 의한 측정오차를 보정하는 것이다.
두께측정장치는 측정대상의 형태에 따라 다양한 것들이 개발되어 사용되고 있는데, 통상 제조공정 중에 측정대상의 두께를 연속적으로 측정하는 주간(走間) 두께측정장치와, 단품 형태의 측정대상(시료)의 두께를 측정하는 두께측정장치로 구별된다.
상기 주간 두께측정장치로는 두께에 따른 코일의 인덕턴스의 변화를 이용하는 것, 공기마이크로미터에 의하는 것, 방사선이 투과되는 강도변화나 산란선(散亂線)의 강도변화를 이용하는 것, 초음파를 이용하는 것 등이 있다.
반면, 상기 시료의 두께를 측정하는 두께측정장치로는 마이크로미터가 대표적이며, 일정한 압력의 공기를 내뿜게 하여 그 유출량(流出量)과 압력변화를 매개로 두께를 측정하는 공기 마이크로미터나, 도막이나 도금 부분과 기재(基材)와의 전자기적 성질의 차를 이용해서 두께를 측정하는 전기 마이크로미터 등의 것이 있다.
일반적으로 판유리의 두께는 상기 마이크로미터를 이용해서 측정하고 있지만, 마이크로미터를 이용해서 판유리의 두께를 측정하는 경우에는, 마이크로미터의 구조적 한계로 인해 판유리의 테두리 두께만을 측정할 수 있을 뿐, 판유리의 중심부분은 마이크로미터를 이용한 두께 측정이 사실상 불가능하다.
또한, 상기 마이크로미터를 이용한 판유리의 두께 측정은 접촉방식이므로, 정밀하게 폴리싱(Polishing)된 유리 표면이 마이크로미터와의 접촉에 의해 오염 또는 손상되는 문제가 발생한다.
이러한 문제들을 해소하기 위해 서로 다른 매질을 통과하는 광선의 굴절현상을 응용한 비접촉측정방식이 소개되었다. 그러나, 이러한 비접촉측정방식에 의한 판유리 두께측정방법을 적용하고 이를 통해 신뢰할 수 있는 측정결과를 얻기 위기 위해서는, 측정대상인 판유리를 정밀하게 수평배치해야 하는 다소 까다로운 조건이 있다.
하지만, 비교적 넓은 면적을 갖거나, 연속성을 갖고 이동하는 판유리는 두께 측정을 위한 선행조건인 수평배치가 쉽지 않고, 현장에서도 판유리의 수평을 지속적으로 유지하면서 고정 및 이동시키는데 한계가 있어서, 신뢰할 수 있는 판유리의 두께측정결과를 얻는데 곤란함이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해서 안출된 것으로, 비접촉식으로 판유리의 두께를 용이하면서도 정밀하게 측정할 수 있고, 측정대상인 판유리가 기울게 배치되면서 발생한 측정결과에 대한 오차를 보정하여 신뢰할 수 있는 측정결과를 출력할 수 있도록 하는 판유리 두께의 측정오차 보정방법의 제공을 기술적 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
레이저광출력기를 매개로 입사광을 일정 각도(θ')만큼 경사지게 판유리에 조사하여, 제3반사광에 의한 제5스폿과 제4반사광에 의한 제6스폿이 스크린에 형성되도록 하는 단계;
영상촬영기를 매개로 스크린에 형성된 제5스폿과 제6스폿 간의 이격거리(x")를 영상 촬영하는 단계;
영상촬영기의 촬영 영상으로부터 제5스폿과 제6스폿 간의 이격거리(x")를 구하는 단계;
수평면을 기준으로 판유리의 기울어진 피치오차(α)를 측정하는 단계; 및
Figure 112008025383733-PAT00002
의 수학식을 이용해 판유리의 두께를 산출하 는 단계;
로 이루어진 판유리 두께의 측정오차 보정방법이다.
상기의 본 발명은, 판유리(G)의 상부에 배치되는 레이저광출력기(10)와 영상촬영기(20)를 이용해서 비접촉식으로 판유리(G)의 두께를 측정하는 방식이므로, 특정 위치에 제한없이 판유리(G)의 모든 곳에 대한 두께 측정을 자유롭게 할 수 있으며, 정밀하게 폴리싱된 유리표면이 두께측정시에 손상되거나 오염되지 않는 한편, 자동화로 진행되는 두께측정작업에서도 판유리(G)의 배치상태에 따른 측정오차를 보정하여 두께 측정작업의 정밀도가 크게 향상되는 효과가 있다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 판유리 두께측정방법을 설명하기 위한 도면인바, 이를 참조하여 설명한다.
판유리 두께측정장치는, 입사광(L1)을 일정 각도(θ1)만큼 경사지게 판유리(G)의 상면(G1)으로 조사하는 레이저광출력기(10)와; 일정 각도(θ2)만큼 경사지게 배치되어, 판유리(G)로부터의 제1반사광(L2)과 제2반사광(L3)이 조사되는 스크린(60); 스크린(60)에 형성되는 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4)간의 이격거리(x)를 촬영하는 영상촬영기(20); 레이저광출력기(10)와 영상촬영기(20)의 작동을 제어하고, 영상촬영기(20)로부터 입력되는 촬영 영상을 영상처리하여 판유리(G)의 두께(t)를 산출하는 제어유닛(30); 제어유닛(30)의 작동을 제어하는 입력유닛(40) 및; 제어유 닛(30)에 의해 작동 제어되어, 제어유닛(30)의 데이터처리 결과값을 외부로 출력하는 출력유닛(50)으로 구성된다.
도 1을 참조하여 본 실시예에 따른 판유리 두께측정방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
1. 레이저광출력기(10)를 매개로 입사광(L1)을 일정 각도(θ1)만큼 경사지게 판유리(G)의 상면(G1)으로 조사하여 제1반사광(L2)에 의한 제3스폿(S3)과 제2반사광(L3)에 의한 제4스폿(S4)이 일정 각도(θ2)만큼 경사지게 배치된 스크린(60)에 형성되도록 하는 단계.
상기 스크린(60)에 형성되는 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4)은 판유리(G)의 상면(G1)에 형성되는 제1스폿(S1)과 제2스폿(S2)에 비해 매우 선명하게 나타난다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 제어유닛(30)에서의 영상처리시에 스폿간의 거리측정을 보다 정확하게 할 수 있게 된다.
그런데, 도 2(스크린에 형성된 제3,4스폿을 영상촬영기(20')로 촬영한 영상)에서 보이는 바와 같이, 스크린(60)의 위치에 따라 제3,4스폿(S3,S4)의 촬영 영상 상태에 차이가 발생한다. 참고로, 도 2(a)는 판유리(G)로부터의 제1반사광(L2)과 제2반사광(L3)이 조사되는 스크린(60)의 배치 각도(θ2)를 입사광(L1)의 조사 각도(θ1)와 일치시킨 상태에서, 스크린(60)에 형성된 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4)을 영상촬영기(20)로 촬영한 영상이고, 도 2(b)는 입사광(L1)의 조사 각도(θ1)와 스크린(60)의 배치 각도(θ2)를 일치시키지 않은 상태에서, 스크린(60)에 형성된 제3 스폿(S3)과 제4스폿(S4)을 영상촬영기(20)로 촬영한 영상이다.
즉, 판유리(G)의 정밀한 두께 측정을 위해서는 스크린(60)의 배치 각도(θ2)를 입사광(L1)의 조사 각도(θ1)에 일치시켜서, 판유리(G)로부터 반사되는 제1반사광(L2) 및 제2반사광(L3)의 방향과, 스크린(60)을 직접 촬영하는 영상촬영기(20')의 광축(21)의 방향이 서로 평행하도록 하는 것이 바람직하다.
2. 영상촬영기(20)를 매개로 스크린(60)에 형성된 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4) 간의 이격거리(x)를 영상 촬영하는 단계.
상기 판유리(G)의 상면(G1)에 입사광(L1)이 조사되는 상태에서, 제어유닛(30)에 의해 작동 제어되는 영상촬영기(20)를 매개로 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4) 간의 이격거리(x)를 촬영한다.
3. 영상촬영기(20)의 촬영 영상으로부터 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4) 간의 이격거리(x)를 구하는 단계.
본 실시예의 경우, 상기 제어유닛(30)이 영상촬영기(20)로부터 입력되는 촬영 영상을 영상처리하여 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4)간의 이격거리(x)를 자동으로 측정토록 하였다.
4. 다음의 [수학식 3]을 매개로 판유리(G)의 두께(t)를 산출하는 단계.
우선, 판유리(G)의 두께(t)를 산출하기 위한 [수학식 1]은 다음과 같다.
Figure 112008025383733-PAT00003
여기서, "n"은 대기상태에서의 판유리(G)의 굴절율을 나타낸다.
한편, 상기 제1스폿(S1)과 제2스폿(S2)간의 이격거리(k)와, 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4) 간의 이격거리(x)는 다음의 [수학식 2]와 같은 관계이다.
Figure 112008025383733-PAT00004
따라서, 이를 상기 [수학식 1]에 대입하면 다음의 [수학식 3]이 구해진다.
Figure 112008025383733-PAT00005
본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗 어나지 않는 한도 내에서, 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.
일예로 상기 본 실시예의 경우에는, 제어유닛(30)에서 영상촬영기(20)로부터의 촬영 영상을 입력받아서, 영상촬영기(20)의 촬영 영상으로부터 제1스폿(S1)과 제2스폿(S2) 간의 이격거리(k), 또는 영상촬영기(20)의 촬영 영상으로부터 제3스폿(S3)과 제4스폿(S4) 간의 이격거리(x)와, 판유리(G)의 두께(t)를 자동으로 산출토록 하였지만, 본 발명은 이러한 판유리 두께측정장치에 국한되지 않고, 다양하게 적용되어 실시될 수 있다. 일예로, 번거롭기는 하지만, 제어유닛(30)의 도움없이 상기 산출 작업을 측정자가 직접 수작업으로, 또는 일반 계산기와 같은 별도의 다른 연산장치를 이용해서 수행할 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에 따른 판유리 두께측정방법은, 판유리의 두께 측정에만 그 사용이 한정되지 않고, 투명한 재질의 판재 두께를 측정하는데 모두 적용될 수 있음은 물론이다.
도 3은 도 1에 도시한 판유리 두께측정방법을 기울어진 판유리에 적용해 판유리 두께측정에 대한 오차보정방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시한 판유리 두께측정방법을 수평하게 배치된 판유리와 기울어진 판유리에 각각 적용할 때 스크린에 맺히는 모습을 도시한 도면인 바, 이를 참조하여 설명한다.
상기 판유리 두께측정방법은 측정대상인 판유리가 수평하게 배치된 것을 전제로 이루어지므로, 판유리(G')의 배치가 임의 각도로 기울어진 상태라면, 최종 측정두께에 오차가 발생할 수 있다. 이러한 오차는 생산된 판유리(G')가 설계치에 부합하는 두께를 갖는다 하더라도 측정과정에서 잘못된 것으로 확인되면서 폐기될 수 있다.
따라서, 측정대상인 판유리(G')의 위치가 수평하게 배치된 판유리(G)를 기준으로 'α' 크기의 피치오차로 기울어졌다면, 상기 피치오차만큼 기울어진 상태에서 측정된 해당 판유리(G')의 실질 두께(t'; 수평하게 배치된 판유리(G)와 동일한 것이므로, 해당 판유리(G)의 두께 t와 t'는 동일함)는 [수학식 4]를 통해 산출된다.
Figure 112008025383733-PAT00006
참고로, θ'는 측정대상인 기울어진 판유리(G')의 법선(C2)을 기준으로 한 입사광(L1)의 입사각이고, x'는 입사광(L1)이 판유리(G')의 상면(G1')과 하면(G2')에 각각 반사된 제3반사광(L4)과 제4반사광(L5) 간의 이격거리이다. 또한, n'은 외부 매질의 굴절률이고, n은 판유리(G, G')의 굴절률이다.
그런데, 제3,4반사광(L4, L5) 간의 이격거리(x')는 직접 측정이 곤란하다. 따라서, 도 4에 도시한 기하학적 특성에 따라 x'와 x"는 [수학식 5]와 같은 관계를 갖는다.
Figure 112008025383733-PAT00007
참고로, x"는 스크린(60)에 맺힌 제5스폿(S5) 및 제6스폿(S6) 간의 이격거리로, 전술한 제1,2스폿(S1, S2) 및 제3,4스폿(S3, S4) 간의 이격거리를 측정하는 방식과 동일한 방법으로 측정할 수 있을 것이다.
결국, [수학식 4]에 [수학식 5]를 대입하여 [수학식 6]을 완성한다.
Figure 112008025383733-PAT00008
사용자는 판유리(G')에 대한 입사광(L1)의 접점에서 판유리(G')의 기울기를 알 수 있으므로, 피치오차 'α'와 입사각 θ'를 확인할 수 있고, 굴절율 n, n'은 이미 알려진 정보이므로, 다소 기울어진 상태로 두께측정을 받는 판유리(G')에 대하여 보정된 정확한 두께(t)를 산출할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 판유리 두께측정방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 스크린에 형성된 제3,4스폿을 영상촬영기로 촬영한 영상이고,
도 3은 도 1에 도시한 판유리 두께측정방법을 기울어진 판유리에 적용해 판유리 두께측정에 대한 오차보정방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 1에 도시한 판유리 두께측정방법을 수평하게 배치된 판유리와 기울어진 판유리에 각각 적용할 때 스크린에 맺히는 모습을 도시한 도면이다.
- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -
10 ; 레이저광출력기, 20 ; 영상촬영기,
30 ; 제어유닛, 40 ; 입력유닛,
50 ; 출력유닛, 60 ; 스크린,
G, G' ; 판유리, G1 ; 상면,
G2 ; 하면, L1 ; 입사광,
L2 ; 제1반사광, L3 ; 제2반사광,
L4 ; 제3반사광 L5 ; 제4반사광

Claims (2)

  1. 레이저광출력기(10)를 매개로 입사광(L1)을 일정 각도(θ')만큼 경사지게 판유리(G')에 조사하여, 제3반사광(L4)에 의한 제5스폿(S5)과 제4반사광(L5)에 의한 제6스폿(S6)이 스크린(60)에 형성되도록 하는 단계;
    영상촬영기(20)를 매개로 스크린(60)에 형성된 제5스폿(S5)과 제6스폿(S6) 간의 이격거리(x")를 영상 촬영하는 단계;
    영상촬영기(20)의 촬영 영상으로부터 제5스폿(S5)과 제6스폿(S6) 간의 이격거리(x")를 구하는 단계;
    수평면을 기준으로 판유리(G')의 기울어진 피치오차(α)를 측정하는 단계; 및
    Figure 112008025383733-PAT00009
    의 수학식을 이용해 판유리(G')의 두께(t')를 산출하는 단계;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 판유리 두께의 측정오차 보정방법.
  2. 제 2 항에 있어서,
    상기 스크린(60)은 판유리(G')에 조사되는 입사광(L1)과 평행하도록 배치된 것을 특징으로 하는 판유리 두께의 측정오차 보정방법.
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