KR20100058033A - Probe for tactile measurement device and the measurement device using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피부 촉감 측정 장치용 프로브 및 이를 이용한 피부 촉감 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운동 경로를 추적하여 대상체 표면(피부)의 운동마찰계수와 점탄성을 측정할 수 있는 피부 촉감 측정 장치용 프로브 및 이를 이용한 피부 촉감 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a probe for a skin tactile measurement device and a skin tactile measurement device using the same, and more particularly, for a skin tactile measurement device capable of measuring a motion friction coefficient and viscoelasticity of a surface (skin) of a subject by tracking a path of movement. The present invention relates to a probe and an apparatus for measuring skin feel using the same.
운동마찰계수는 두 대상물이 접촉을 유지한 상태에서 상대적으로 움직일 때 발생하는 상호 작용력인 접촉면에 수평한 방향으로 작용하는 수평 항력과 접촉면에 수직한 방향으로 작용하는 수직 항력의 비이다.The motion friction coefficient is the ratio of the horizontal drag acting in the direction horizontal to the contact surface and the vertical drag acting in the direction perpendicular to the contact surface, which is an interaction force generated when two objects move relatively in the state of maintaining contact.
이러한 운동마찰계수는 다축힘 센서(로드셀)를 이용하여 측정할 수 있으며, 이 경우, 프로브로 접촉면이 수평을 유지하는 대상물을 수직하게 누른 상태에서 수평 이동시켜 수평축 힘 X와 수직축 힘 Y를 다축힘 센서를 이용하여 측정하는 장치를 구성할 수 있으며, 이 때, 운동마찰계수는 그 비인 X/Z에 해당한다.This motion friction coefficient can be measured by using a multi-axis force sensor (load cell), in this case, the horizontal axis force X and the vertical axis force Y are multiaxially moved by horizontally moving the object while the contact surface is held vertically with a probe. It is possible to configure a device to measure by using a sensor, wherein the motion friction coefficient corresponds to the ratio X / Z.
한편, 피부 촉감 측정 장치의 측정 대상체인 피부는 굴곡에 따라 경사와 곡률이 있으므로, 다축힘 센서로 수평축힘 X와 수직축힘 Y는 접촉면에 대한 수평 항력과 수직 항력이 아니므로, X/Z는 진정한 운동마찰계수가 아니며, 동일한 재질로 구성되더라도 굴곡 패턴에 따라 크게 변하는 양이다.On the other hand, since the skin, which is the measurement object of the skin tactile measuring device, has a slope and curvature according to the curvature, since the horizontal axial force X and the vertical axial force Y are not the horizontal drag and the vertical drag on the contact surface, the X / Z is true. It is not a coefficient of motion friction, and it is a quantity that varies greatly depending on the bending pattern even if it is made of the same material.
따라서, 피부의 운동마찰계수를 제대로 측정하기 위해서는 마찰력을 측정하는 동안, 피부 굴곡의 공간적인 패턴을 동시에 측정할 수단이 필요하다.Therefore, in order to properly measure the motion friction coefficient of the skin, a means for simultaneously measuring the spatial pattern of skin flexion is required while measuring the frictional force.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 운동마찰계수를 측정하기 위해 수평 항력, 수직 항력 등의 마찰력을 측정하는 동안, 대상체(피부) 굴곡의 공간적인 패턴(수직 변위)을 동시에 측정할 수 있으며, 또한 점탄성 측정을 위한 장치로 전용할 수 있는 피부 촉감 측정 장치용 프로브 및 이를 이용한 피부 촉감 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the problems as described above, in the present invention, while measuring the frictional force such as horizontal drag, vertical drag, etc., in order to measure the motion friction coefficient, the spatial pattern (vertical displacement) of the object (skin) curvature may be simultaneously measured. The present invention also provides a probe for a skin tactile measurement device that can be converted into a device for measuring viscoelasticity, and a skin tactile measurement device using the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브는,Probe for skin tactile measurement device according to the present invention for achieving the above object,
x, y, z축 3방향의 힘을 측정할 수 있는 3축 로드셀; 센서바에 의해 추 및 스토퍼와 연결된 탐침팁; 상기 센서바의 수직 운동을 가이드하는 센서바 가이드; 상단은 상기 3축 로드셀의 하면과 연결되고, 하단은 상기 탐침팁과 접하며, 그 내부는 상기 센서바 가이드에 의해 상기 센서바와 접하는 탐침자; 및, 상기 탐침자에 의해 형성된 공간 내부에서 상기 3축 로드셀의 하면에 고정되어 형성되며, 상기 탐침팀의 수직 변위 정보를 수집하는 레이저 변위 센서를 포함한다.a three-axis load cell capable of measuring forces in three directions of x, y, and z axes; A probe tip connected to the weight and the stopper by the sensor bar; Sensor bar guide for guiding the vertical movement of the sensor bar; An upper end connected to a lower surface of the triaxial load cell, a lower end contacting the probe tip, and an inside of the probe contacting the sensor bar by the sensor bar guide; And a laser displacement sensor that is fixed to the lower surface of the triaxial load cell in a space formed by the probe and collects vertical displacement information of the probe team.
상기 탐침팁의 형상은 구형, 반구형, 끝단이 곡선 처리된 원뿔형, 끝단이 곡선 처리된 다각뿔형 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The shape of the probe tip is preferably any one of a spherical shape, a hemispherical shape, a cone shaped curved end, and a polygonal curved curved end.
상기 레이저 변위 센서는 상기 센서바의 연장된 중심축 상에 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 프로브와 함께 움직이는 레이저광 반사단을 프로브 외부에 두어 레이저 변위 센서를 프로브 외부에 구현할 수도 있다.The laser displacement sensor is preferably formed on an extended central axis of the sensor bar. On the other hand, by placing the laser beam reflecting end moving with the probe outside the probe may be implemented in the laser displacement sensor outside the probe.
상기 레이저 변위 센서는 상기 센서바를 향해 레이저를 발광하는 발광부와, 상기 센서바에 의해 반사된 레이저를 수광하는 수광부를 포함할 수 있다.The laser displacement sensor may include a light emitting part for emitting a laser toward the sensor bar, and a light receiving part for receiving a laser reflected by the sensor bar.
상기 레이저 변위 센서는 상기 3축 로드셀에 걸리는 힘 신호의 오프셋을 제거하기 위한 카운터 웨이트를 더 구비할 수 있다.The laser displacement sensor may further include a counter weight for removing an offset of a force signal applied to the triaxial load cell.
또한, 상기 탐침자, 상기 센서바, 그리고 상기 센서바 가이드의 측면에는 핀이 관통될 수 있는 핀홀이 형성될 수 있으며, 핀을 상기 핀홀에 관통하여 삽입함으로써 상기 센서바 및 센서바 가이드의 상하 운동을 봉쇄하여 대상체의 점탄성을 측정할 수 있다.In addition, a pin hole through which pins may be formed may be formed on side surfaces of the probe, the sensor bar, and the sensor bar guide, and vertical movement of the sensor bar and the sensor bar guide may be performed by inserting a pin through the pin hole. Blockade to determine the viscoelasticity of the subject.
본 발명에 따른 피부 촉감 측정 장치는,Skin tactile measurement device according to the present invention,
전술한 피부 촉감 측정용 프로브; 상기 프로부를 구동하기 위한 구동부; 상기 프로브에 의해 측정된 힘신호 및 변위신호를 증폭하는 신호 증폭부; 상기 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 연산 처리하는 연산부; 및, 상기 연산된 결과를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함한다.The above-described probe for measuring skin feel; A driving unit for driving the pro unit; A signal amplifier for amplifying the force signal and the displacement signal measured by the probe; An arithmetic operation unit for arithmetic processing the signal amplified by the signal amplification unit; And a display unit for displaying the calculated result.
상기 구동부는 모터를 포함하는 것이 바람직하다.The drive unit preferably includes a motor.
상기 신호 증폭부는 상기 프로브에 의해 측정된 힘신호를 증폭하기 위한 다 채널 앰프와 상기 프로브에 의해 측정된 수직 변위 신호를 증폭하기 위한 데이터수집(Data Aquisition, DAQ)부를 포함하는 것이 바람직하다.The signal amplifier preferably includes a multi-channel amplifier for amplifying the force signal measured by the probe and a data acquisition (DAQ) unit for amplifying the vertical displacement signal measured by the probe.
상기 연산부는 상기 프로브가 대상체 표면의 굴곡을 따라 거슬러 올라가면서 스캔하는 경우, 하기 식(1)에 의해 운동마찰계수를 산출한다.The calculation unit calculates the motion friction coefficient according to Equation (1) when the probe scans while traveling back along the curvature of the object surface.
식 (1) : Equation (1):
여기서, μ는 운동마찰계수, T는 운동마찰력, N은 수직항력, X는 수평력, Z는 수직력, θ는 대상체 표면과 프로브의 접평면의 경사각이다.Where μ is the motion friction coefficient, T is the motion friction force, N is the vertical drag, X is the horizontal force, Z is the vertical force, and θ is the inclination angle of the contact surface of the object surface and the probe.
또한, 상기 연산부는 상기 프로브가 대상체 표면의 굴곡을 따라 내려가면서 스캔하는 경우, 하기 식(2)에 의해 운동마찰계수를 산출한다.In addition, the calculation unit calculates the motion friction coefficient by the following equation (2) when the probe is scanned along the curvature of the object surface.
식 (2) : Equation (2):
여기서, μ는 운동마찰계수, T는 운동마찰력, N은 수직항력, X는 수평력, Z는 수직력, θ는 대상체 표면과 프로브의 접평면의 경사각이다.Where μ is the motion friction coefficient, T is the motion friction force, N is the vertical drag, X is the horizontal force, Z is the vertical force, and θ is the inclination angle of the contact surface of the object surface and the probe.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브 및 이를 이용한 피부 촉감 측정 장치에 의하면,According to the probe for the skin tactile device according to the present invention as described above and the skin tactile device using the same,
마찰력을 측정하는 동안, 대상체(피부) 굴곡의 공간적인 패턴(수직 변위)을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.While measuring the frictional force, there is an effect that can simultaneously measure the spatial pattern (vertical displacement) of the object (skin) curvature.
또한, 본 발명의 프로브는 장치의 소정 부분에 고정된 것이 아니라, 이동 가능한 형태로 설계될 수 있으므로, 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the probe of the present invention is not fixed to a predetermined portion of the device, but can be designed in a movable form, there is an effect that can increase the convenience of the user.
또한, 종래의 프로브의 경우, 수직 변위 정보가 없는 경우 대상체(피부)를 편평한 구조로 가정하여 다축힘 센서에 의해 읽혀진 반응력인 수평축 힘(X)과 수직축 힘(Z)의 비율을 평균 운동마찰계수로 취할 수 밖에 없으나, 본 발명의 경우, 프로브에 의해 수평 변위 뿐만 아니라, 수직 변위도 동시에 측정 가능하므로 대상체의 공간적 굴곡 정보를 얻을 수 있고, 이에 따라 대상체의 진정한 평균 운동마찰계수를 측정할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the case of the conventional probe, if there is no vertical displacement information, assuming that the object (skin) is a flat structure, the ratio of the horizontal axis force (X) and the vertical axis force (Z), which are reaction forces read by the multiaxial force sensor, is calculated as the average motion friction coefficient. However, in the present invention, since the horizontal displacement as well as the vertical displacement can be measured simultaneously by the probe, the spatial bending information of the object can be obtained, and thus the true average motion friction coefficient of the object can be measured. It works.
또한, 별도의 장비를 구비하지 않고 오로지 핀을 사용하여 대상체의 점탄성도 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that can measure the viscoelasticity of the object using only a pin without having a separate equipment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; First, it should be noted that the same components or parts in the drawings represent the same reference numerals as much as possible. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브를 도시한 단면도, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브를 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치를 도시한 블록도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브의 스캔 과정을 도시한 도로써, 대상체의 굴곡을 따라 경사를 거슬러 올라가는 경우를 도시한 도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브의 스캔 과정을 도시한 도로써, 대상체의 굴곡을 따라 경사를 내려가는 경우를 도시한 도이다.1 is a cross-sectional view showing a probe for a skin tactile measurement device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a probe for a skin tactile measurement device according to another embodiment of the present invention, Figure 3 is 4 is a block diagram illustrating a skin tactile measurement device according to an embodiment, and FIG. 4 is a view illustrating a scanning process of a probe for a skin tactile measurement device according to an embodiment of the present invention, which goes up a slope along a curve of an object; FIG. 5 is a diagram illustrating a scanning process of a probe for a skin tactile measurement device according to an embodiment of the present invention, and illustrates a case where the inclination is lowered along the curvature of an object.
전술한 바와 같이, 피부의 운동마찰계수를 제대로 측정하기 위해서는 마찰력을 측정하는 동안, 피부 굴곡의 공간적인 패턴을 동시에 측정할 수단이 필요하다. 피부의 굴곡 정보와 다축힘 센서로 얻은 힘(X, Y)정보를 둘다 이용하면 분력 해석을 통해 진정한 운동마찰계수를 얻을 수 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브가 도 1에 도시되어 있다. As described above, in order to properly measure the motion friction coefficient of the skin, a means for simultaneously measuring the spatial pattern of skin flexion is required while measuring the frictional force. By using both the skin flexion information and the force (X, Y) information obtained by the multiaxial force sensor, the true motion coefficient can be obtained through the analysis of the component force. A probe for a skin tactile measurement device according to an embodiment of the present invention for implementing this is shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 본 발명의 피부 촉감 측정 장치용 프로브는, 크게 3축 로드셀(10), 센서바(24), 추(21), 스토퍼(22), 탐침팀(23), 센서바 가이드(30), 탐침자(40), 및 레이저 변위 센서(50)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a probe for a skin tactile measurement device according to the present invention includes a three-
상기 3축 로드셀(10)은 x축, y축, 그리고 z축 3방향의 힘과 모멘트를 측정할 수 있는 3축 힘-모멘트 센서로서, 본 발명에서는 기존에 공지된 3축 로드셀을 사용한다.The three-
한편, 상기 탐침팁(23)은 센서바(24)의 일단에 연결되며, 상기 센서바의 상하 운동(또는 수직 운동)에 의해 대상체인 피부와 접촉 또는 분리된다. 이 때, 상기 탐침팁의 형상은 대상체(피부)와 접촉하는 부분의 면적을 최소화하기 위해 구형, 반구형, 끝단이 곡선 처리된 원뿔형, 끝단이 곡선 처리된 다각뿔형 중 어느 하나인 것이 바람직하다.Meanwhile, the
상기 센서바(24)의 타단 소정 영역에는 상기 탐침팁에 일정한 하중(weight)을 가할 수 있도록 추(21)가 형성되어 있다. 상기 추는 상기 센서바에 고정되어 일체로 형성되거나, 분리 착탈식으로 형성될 수도 있다. 상기 추(21) 아래에는 추의 무게를 지지함과 동시에 상기 센서바(24)가 센서바 가이드(30)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 스토퍼(22)가 형성되어 있다.A
상기 스토퍼(22) 아래에는 상기 센서바(24)의 상하 운동을 가이드하고 프로브의 이동시 발생하는 수평력 및 수직력을 탐침자에 전달하여 3축 로드셀에 의해 감지되게 하는 센서바 가이드(30)가 형성되어 있다.A
상기 탐침자(40)는 센서바 가이드(30)가 받는 수평력 및 수직력이 상기 3축 로드셀에 전달되도록 그 상단은 상기 3축 로드셀의 하면과 연결되고, 그 하단은 상기 탐침팁(23)과 접하며, 그 내부의 소정 영역에 형성된 센서바 가이드에 의해 밀폐되도록 형성된다.The
상기 레이저 변위 센서(50)는 상기 3축 로드셀(10)과 상기 센서바 가이드(30), 그리고 상기 탐침자(40)에 의해 밀폐된 영역 내의 3축 로드셀 하면에 고정되어 형성된다. 바람직하게는 상기 레이저 변위 센서(50)는 상기 센서바(24)의 연 장된 중심축 상에 형성되어, 상기 탐침팁(23)이 대상체의 표면 골곡을 따라 이동하여 스캔할 때, 탐침팀의 상하 운동에 따라 변하는 센서바의 수직 변위 정보를 수집한다. 또는 프로브와 함께 움직이는 레이저 반사단을 외부로 돌출시켜 프로브 외부에 형성될 수도 있다. 상기 레이저 변위 센서(50)는 상기 센서바(24)를 향해 레이저를 발광하는 발광부(미도시)와, 상기 센서바에 의해 반사된 레이저를 수광하는 수광부(미도시)를 포함한다. 또한, 상기 레이저 변위 센서(50)는 상기 3축 로드셀에 걸리는 힘 신호의 오프셋을 제거하기 위한 카운터 웨이트(미도시)를 더 구비할 수 있다.The
기존에 알려진 장치에서는 레이저 변위 센서(50)가 프로브와 연동되지 않고 별도로 프로브의 외부에 설치되도록 하고 있는데, 이 경우에는 레이저가 대상체의 표면, 즉 피부 표면을 직접 조사하기 때문에 피부 표면의 미세 주름 및 털에 의한 산란 또는 난반사가 일어나게 되어 수직 변위를 정확하게 수집할 수 없게 된다. 그러나, 본 발명에서는 프로브 내에 레이저 변위 센서를 구비하여 상기한 기존 장치에서 발생하는 문제점을 근본적으로 해결할 수 있게 된다.In the known device, the
도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브는 핀홀(60) 및 핀(61)을 제외하고는 전술한 일 실시예의 프로브와 동일하다. 따라서, 핀홀 및 핀을 제외한 부분에 대한 설명은 생략한다.2 is a probe for a skin tactile measurement device according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the probe for measuring the skin sensation according to another embodiment of the present invention is identical to the probe of the above-described embodiment except for the
도 1에 도시된 프로브는 운동마찰계수를 측정하기 위한 프로브임에 반해, 도 2에 도시된 프로브는 대상체의 점탄성을 측정하기 위한 프로브이며, 도 1의 프로브에서 탐침자(40), 센서바(24), 그리고 센서바 가이드(30)의 측면에 핀(61)이 관통될 수 있는 핀홀(60)이 형성된 것이다.While the probe shown in FIG. 1 is a probe for measuring a motion friction coefficient, the probe shown in FIG. 2 is a probe for measuring viscoelasticity of an object, and the
핀(61)을 상기 핀홀(60)에 삽입함으로써 상기 센서바(24) 및 센서바 가이드(30)의 상하 운동을 봉쇄하여 대상체의 점탄성을 측정할 수 있다. 이때, 상기 레이저 변위 센서의 레이저광은 오프(off)한다.By inserting the
시료의 점탄성 특성은 압입경도시험(indentation test)을 통해 얻어지는 압입하중-압입깊이 곡선이 프로브로 시료를 눌러 진입하며 하중을 가하는(loading) 하중상태와 시료를 눌러 들어간 깊이에서 프로브를 원위치로 후퇴시켜며 하중을 줄여가는(unloading) 비하중상태에서 분리되는 이력(履歷, Hysteresis) 현상으로부터 평가할 수 있다. 최대로 누른 깊이에서 비하중상태로 진입시 하중-깊이 곡선이 하중상태의 곡선 밑으로 쳐지며 힘을 완전히 제거하여도 원래의 변위로 되돌아가지 않게 되는 현상으로서, 하중상태의 압입하중-깊이 곡선의 기울기가 급할수록 탄성이, 비하중상태의 압입하중-깊이 곡선의 기울기가 급할수록 점성이 크다는 것을 뜻한다. The viscoelastic properties of the sample are determined by the indentation load-indentation depth curve obtained through the indentation test by pressing the sample into the probe and retracting the probe at the loading state and loading depth. It can be evaluated from hysteresis, which is separated from unloading under unloading. When entering the unloaded state at the maximum pressed depth, the load-depth curve falls below the curve of the loaded state and does not return to the original displacement even when the force is completely removed. The sharper the elasticity, the higher the viscous slope of the indentation load-depth curve in the unloaded state.
도 2에 도시된 바와 같은 구성의 점탄성 측정장치용 프로브는 도 1에 도시된 운동마찰계수용 프로브에서 핀홀(60)을 형성해두고, 별도로 핀(61)만 삽입하면 되므로, 별도의 장치없이도 손쉽게 점탄성 특성을 평가하기 위한 압입시험을 수행할 수 있는 장점이 있다. 즉, 핀(61)을 핀홀(60)에 삽입하면 로드셀(10)을 포함하 는 프로브를 상하로 이동시켜 압입시험을 수행할 수 있게 된다. The probe for the viscoelasticity measuring device having the configuration as shown in FIG. 2 forms a
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치는, 피부 촉감 측정용 프로브(100), 구동부(200), 신호 증폭부(300), 연산부(400), 디스플레이부(500)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the skin tactile measurement device according to an embodiment of the present invention may include a skin
상기 피부 촉감 측정용 프로브(100)는 도 1 및 도 2을 참조하여 설명된 프로브로써, 수평힘(Fx, Fy), 수직힘(Fz) 그리고 수직 변위(△Z)를 측정한다. 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.The skin
상기 구동부(200)는 컴퓨터 등의 구동 제어 장치에 의해 상기 프로브(100)을 구동하기 위한 부분으로, 적어도 하나의 모터를 포함하여 구성된다.The
상기 신호 증폭부(300)는 상기 프로브에 의해 측정된 힘신호 및 변위신호를 증폭시킨다. 상기 신호 증폭부(300)는 상기 프로브에 의해 측정된 힘신호(Fx, Fy, Fz)를 증폭하기 위한 다채널 앰프(310)와 상기 프로브에 의해 측정된 수직 변위 신호(△Z)를 증폭하기 위한 데이터수집부(320)를 포함하는 것이 바람직하다.The
상기 다채널 앰프(310)는 3개의 시그널 컨디셔닝 유닛으로 구성될 수 있으며, 노이즈 제거 및 힘신호를 증폭하는 기능을 수행한다. 또한 상기 데이터수집부(320)는 노이즈 필터와 AD 컨버터로 구성될 수 있으며, 수직 변위 데이터를 디지털값으로 취득하는 기능을 수행한다.The
상기 신호 증폭부(300)에 의해 증폭된 힘신호(fx, fy, fz)와 수직 변위 신호(△z)는 예를 들면 컴퓨터와 같은 연산부(400)에 입력된다. 연산부(400)는 입력 된 힘신호 및 수직 변위 신호를 연산 처리하여 운동마찰계수 또는 점탄성계수를 산출한다.The force signals fx, fy, fz and the vertical displacement signal Δz amplified by the
이 때, 상기 연산부에서의 연산 처리 과정을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 상기 프로브가 대상체 표면의 굴곡을 따라 거슬러 올라가면서 스캔하는 경우를 도시한 것이다. 여기서, 도면 부호 T는 운동마찰력, N은 수직항력, W는 추와 탐침팁의 무게, X는 반응력의 수평성분, Z는 반응력의 수직성분, θ는 대상체 표면과 프로브의 접평면의 경사각이다. 또한, 상단의 화살표는 프로브의 스캔 방향을 나타낸 것이다. 수평력 X에 대해 상술하면, 프로브가 이동하는 동안 센서바 가이드(30)가 탐침팁(23)을 수평으로 밀어주는 힘으로 로드셀(10)은 X를 수평력으로 감지하게 된다. 또한 수직력 Z에 대해 상술하면, 대상체(피부)가 탐침팁(23)을 위로 떠 받지는 반응력 성분으로서 로드셀(10)은 이 반응력의 수직 성분인 Z를 수직력으로 감지하게 된다.At this time, a calculation processing procedure in the calculation unit will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 illustrates a case in which the probe is scanned while traveling back along the curvature of the object surface. Here, T is the frictional force, N is the vertical drag, W is the weight of the weight and the tip, X is the horizontal component of the reaction force, Z is the vertical component of the reaction force, θ is the inclination angle of the contact surface of the object surface and the probe. Also, the arrow at the top shows the scanning direction of the probe. Referring to the horizontal force X, the
도 4를 참조하면, X = Tcosθ + Nsinθ이고, Z = Ncosθ - Tsinθ - W 가 된다. 프로브가 일정한 속력으로 수평 스캔하는 조건 하에서는 존재하는 힘들의 수평 성분의 총합은 항상 '0'이 된다. 또한, 이상적인 경우 프로브의 운동이 steady-state이면 'Z = W'이고, 그 외의 경우이면 'Z ≠ W'이다. 이때 프로브가 스캔하는 동안 접평면의 경사가 변하지 않으면 steady-state가 된다.Referring to FIG. 4, X = Tcosθ + Nsinθ and Z = Ncosθ-Tsinθ-W. Under the condition that the probe scans horizontally at constant speed, the sum of the horizontal components of the forces present is always zero. Also, ideally, if the probe's motion is steady-state, 'Z = W', otherwise 'Z ≠ W'. If the slope of the tangent plane does not change during the scan of the probe, it is steady-state.
따라서, 이를 종합하여 식을 정리하면, 아래 식(1)과 같이 된다.Therefore, when this is put together and the equation is put together, it becomes as following formula (1).
식 (1) : Equation (1):
여기서, μ는 운동마찰계수이다.Where μ is the motion friction coefficient.
도 5는 상기 프로브가 대상체 표면의 굴곡을 따라 내려가면서 스캔하는 경우를 도시한 것이다. 여기서, 도면 부호는 도 4에 도시된 도면 부호와 같다. 상단에 도시된 화살표는 프로브의 스캔 방향을 나타낸 것이다.5 illustrates a case in which the probe scans while descending along the curvature of the object surface. Here, reference numerals are the same as those shown in FIG. 4. The arrow shown at the top shows the scanning direction of the probe.
도 5를 참조하면, X = Tcosθ - Nsinθ이고, Z = Ncosθ + Tsinθ - W 가 된다. 프로브가 일정한 속력으로 수평 스캔하는 조건 하에서는 존재하는 힘들의 수평 성분의 총합은 항상 '0'이 된다. 또한, 이상적인 경우 프로브의 운동이 steady-state이면 'Z = W'이고, 그 외의 경우이면 'Z ≠ W'이다. 이때, 프로브가 스캔하는 동안 접평면의 경사가 변하지 않으면 steady-state가 된다.Referring to FIG. 5, X = Tcosθ-Nsinθ and Z = Ncosθ + Tsinθ-W. Under the condition that the probe scans horizontally at constant speed, the sum of the horizontal components of the forces present is always zero. Also, ideally, if the probe's motion is steady-state, 'Z = W', otherwise 'Z ≠ W'. At this time, if the inclination of the tangent plane does not change during the scan of the probe is a steady-state.
따라서, 이를 종합하여 식을 정리하면, 아래 식(2)과 같이 된다.Therefore, when this is summed up and summed up, it becomes as following formula (2).
식 (2) : Equation (2):
여기서, μ는 운동마찰계수이다.Where μ is the motion friction coefficient.
시료의 점탄성 특성은 압입시험(indentation test)을 통해 압입하중-압입깊이 곡선을 얻을 수 있다. 압입시험 시 프로브의 진퇴 속력과 허용 최대압입하중은 항상 일정하도록 하여 일치시켜 힘(압입하중)-변위(깊이) 곡선을 얻어, 하중상태와 비하중상태의 기울기를 탄성 및 점성 특성으로 제시할 수 있다.Viscoelastic properties of the sample can be obtained by the indentation test (indentation test) to obtain the indentation load-indentation depth curve. In the indentation test, the propagation speed of the probe and the maximum allowable indentation load are kept constant so that the force (indentation load) -displacement (depth) curve can be obtained, and the slopes of the loaded and unloaded states can be presented as elastic and viscous characteristics. have.
상기 디스플레이부(500)는 상기 연산부(400)의 연산 과정을 통해 산출된 운동마찰계수, 또는 압입하중-변위 곡선의 하중상태와 비하중상태의 두 기울기를 디스플레이하여 대상체(피부)의 촉감 특성을 표시한다.The
이상과 같이 본 발명에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브 및 이를 이용한 피부 촉감 측정 장치를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above with reference to the drawings illustrating a skin tactile measurement device probe and a skin tactile measurement device using the same, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, Of course, various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a probe for a skin tactile measurement device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing a probe for a skin tactile measurement device according to another embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치를 도시한 블록도,3 is a block diagram showing an apparatus for measuring skin sensation according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브의 스캔 과정을 도시한 도로써, 대상체의 굴곡을 따라 경사를 거슬러 올라가는 경우를 도시한 도,FIG. 4 is a diagram illustrating a scanning process of a probe for a skin tactile measurement device according to an embodiment of the present invention, which illustrates a case in which a slope is traced along the curvature of an object; FIG.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 촉감 측정 장치용 프로브의 스캔 과정을 도시한 도로써, 대상체의 굴곡을 따라 경사를 내려가는 경우를 도시한 도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a scanning process of a probe for a device for measuring skin sensation according to an embodiment of the present invention, illustrating a case where the inclination is lowered along the curvature of an object.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 3축 로드셀 21 : 추10: 3-axis load cell 21: Weight
22 : 스토퍼 23 : 탐침팁22: stopper 23: probe tip
24 : 센서바 30 : 센서바 가이드24: sensor bar 30: sensor bar guide
40 : 탐침자 50 : 레이저 변위 센서40: probe 50: laser displacement sensor
60 : 핀홀 61 : 핀60: pinhole 61: pin
100 : 프로브 200 : 구동부100: probe 200: drive unit
300 : 신호 증폭부 400 : 연산부300: signal amplifier 400: calculator
500 : 디스플레이부500: display unit
A : 대상체(피부)A: Subject (skin)
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2008
- 2008-11-24 KR KR1020080116693A patent/KR20100058033A/en active IP Right Grant
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