KR20130024473A - 피부 마찰계수 측정 장치 및 그의 피부 마찰계수 측정 방법 - Google Patents

피부 마찰계수 측정 장치 및 그의 피부 마찰계수 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치는, 피부의 마찰계수 측정을 위하여 피부의 측정 부분이 놓여지는 지지 플레이트를 구비하는 베이스 프레임; 피부의 측정 부분을 사이에 두고 지지 플레이트의 타측에 위치하도록 베이스 프레임에 장착되며, 지지 플레이트 방향으로 접근 및 이격 가능하도록 구동되고 또한 지지 플레이트의 판면 방향으로 이동 가능하게 구동되어 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정하는 마찰계수 측정부; 및 마찰계수 측정부의 양측에 위치하도록 장착되어 마찰계수 측정부를 이용하여 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정할 때 피부의 측정 부분을 양측으로 벌려줌으로써 밀림을 방지하는 밀림 방지부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 피부의 마찰계수 측정 시 밀림 방지부에 의해 피부의 밀림을 방지할 수 있어 피부의 측정 부분을 팽팽하게 한 상태에서 피부의 마찰계수를 측정할 수 있어 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.

Description

피부 마찰계수 측정 장치 및 그의 피부 마찰계수 측정 방법{Apparatus to measure friction coefficient of skin and method to measure thereof}
피부 마찰계수 측정 장치 및 그의 피부 마찰계수 측정 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 피부 마찰계수 측정 시 피부의 밀림을 방지함으로써 마찰계수 측정의 정확성을 향상시킬 수 있는 피부 마찰계수 측정 장치 및 그의 피부 마찰계수 측정 방법이 개시된다.
피부는, 도 1에 개략적으로 도시된 것처럼, 표피층과, 진피층으로 크게 나뉘며, 진피층 하부에는 피하지방이, 그리고 그 하부에는 근육이 위치한다. 여기서, 표피층은 인체의 가장 바깥쪽을 덮고 있으며 외부로부터의 이물질 침입을 방지하거나 체내 수분 증발을 막아 피부의 거칠음이나 잔주름을 막는 중요한 역할을 한다.
진피층은 피부의 매끄러운 정도를 결정하는 역할을 하는 피부층으로 피부의 매끄러운 정도, 감촉은 진피층에 함유된 교원 섬유인 콜라겐과 탄성 섬유인 엘라스틴이 정상적인 기능을 할 때 이루어지며, 자외선 등에 의해 콜라겐이나 엘라스틴이 손상되면 피부 노화가 진행될 우려가 있다.
한편, 최근 들어 피부의 마찰계수가 어느 정도인지를 측정함으로써 체질 분류 등에 적용시키고 있다. 여기서 마찰계수란 두 대상물, 즉 피측정물과 측정 장치가 접촉을 유지한 상태에서 상대적으로 움직일 때 발생하는 상호 작용력인 접촉면에 수평한 방향으로 작용하는 수평 항력과 접촉면에 수직한 방향으로 작용하는 수직 항력의 비이다. 부연 설명하면, 측정자는 측정 장치를 이용하여 손등 피부의 마찰계수를 측정할 수 있다.
그런데, 종래의 피부 측정 장치에 있어서는, 예를 들면 손등에 피부 측정 장치의 일부분을 접촉시키고 일 방향으로 측정 장치의 접촉 부분을 이동시키면서 피부의 마찰계수를 측정할 때 피부의 밀림 현상이 발생되어 피부의 마찰계수를 정확하게 측정할 수 없는 단점이 있다. 도 2의 그래프를 참조하면, 피부 밀림이 있는 경우 피부 밀림이 없는 경우에 비해 마찰계수(μ)가 일정하게 측정되지 않았음을 알 수 있다.
따라서, 피부의 마찰계수 측정 시 피부의 밀림을 방지할 수 있는 새로운 구조의 피부 마찰계수 측정 장치 및 측정 방법의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 피부의 마찰계수 측정 시 밀림 방지부에 의해 피부의 밀림을 방지할 수 있어 피부의 측정 부분을 팽팽하게 한 상태에서 피부의 마찰계수를 측정할 수 있어 측정의 정확성을 향상시킬 수 있는 피부 마찰계수 측정 장치 및 그의 마찰계수 측정 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 피부 마찰계수 측정 시 동시에 피부의 유수분 정도를 측정할 수 있어 측정된 유수분에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라 피부의 측정 부분의 경사도에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있어 마찰계수 측정의 정확성을 향상시킬 수 있는 피부 마찰계수 측정 장치 및 그의 마찰계수 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치는, 피부의 마찰계수 측정을 위하여 상기 피부의 측정 부분이 놓여지는 지지 플레이트를 구비하는 베이스 프레임; 상기 피부의 측정 부분을 사이에 두고 상기 지지 플레이트의 타측에 위치하도록 상기 베이스 프레임에 장착되며, 상기 지지 플레이트 방향으로 접근 및 이격 가능하도록 구동되고 또한 상기 지지 플레이트의 판면 방향으로 이동 가능하게 구동되어 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정하는 마찰계수 측정부; 및 상기 마찰계수 측정부의 양측에 위치하도록 장착되어 상기 마찰계수 측정부를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정할 때 상기 피부의 측정 부분을 양측으로 벌려줌으로써 밀림을 방지하는 밀림 방지부;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 피부의 마찰계수 측정 시 밀림 방지부에 의해 피부의 밀림을 방지할 수 있어 피부의 측정 부분을 팽팽하게 한 상태에서 피부의 마찰계수를 측정할 수 있어 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
상기 밀림 방지부는, 중심 부분이 상기 마찰계수 측정부에 대해 틸팅(tilting) 가능하게 힌지(hinge) 결합되는 기준 바아; 및 상기 기준 바아의 양단부에 각각 일단이 회동 가능하게 결합되고 타단에는 상기 피부의 측정 부분에 접촉되어 상기 피부의 측정 부분이 팽창되도록 벌려주는 팽창부재가 장착되는 한 쌍의 링크부재를 포함할 수 있다.
상기 기준 바아와 상기 기준 바아에 결합되는 상기 링크부재의 일단은 외력 상실 시 초기 위치로 복원될 수 있도록 복원부재에 의해 연결될 수 있다.
상기 팽창부재에는, 상기 피부의 측정 부분과 실질적으로 접촉되어 상기 피부의 유수분을 측정하는 유수분 측정기가 장착될 수 있다.
상기 팽창부재와 상기 유수분 측정기 사이에는 상기 유수분 측정기로 상기 피부와 접촉될 때 발생 가능한 충격을 흡수하기 위한 충격 흡수재가 배치될 수 있다.
상기 팽창부재는 상기 링크부재의 타단이 부분적으로 내장되는 수용 공간을 형성하며, 상기 수용 공간을 형성하는 상기 팽창부재의 내벽 중 상기 마찰계수 측정부 방향의 내벽과 상기 링크부재의 타단 사이에는 상기 링크부재의 타단을 내측으로 잡아당기는 탄성부재가 장착될 수 있다.
상기 마찰계수 측정부는, 상기 피부의 측정 부분과 부분적으로 접촉되어 상기 피부의 측정 부분에 가해지는 수직 방향으로의 힘 및 수평 방향으로의 힘을 감지하는 힘센서부재; 및 상기 베이스 프레임과 상기 힘센서부재 사이에 장착되어 상기 힘센서부재를 수직 또는 수평 방향으로 구동시키는 구동부재를 포함할 수 있다.
상기 힘센서부재는, 상기 피부의 측정 부분에 수평 및 수직 방향으로의 힘을 가하는 인덴터; 상기 인덴터의 하단 부분이 부분적으로 노출되도록 상기 인덴터가 내측에 이동 가능하게 결합되는 인덴터 가이드; 및 상기 인덴터 가이드 및 상기 구동부재 사이에 배치되어 상기 인덴터에 발생되는 변위를 통해 힘을 감지하는 로드셀을 포함할 수 있다.
상기 마찰계수 측정부는 상기 인덴터의 수직 방향으로의 거리 변위를 측정하기 위한 거리변위 측정부재를 더 포함하며, 상기 거리변위 측정부재는 거리 변위를 측정하기 위한 신호를 송수신하는 송수신 부분과, 상기 송수신 부분으로부터 송신된 신호를 다시 상기 송수신 부분 방향으로 반사시키는 반사 부분을 포함할 수 있다.
상기 피부의 측정 부분과 직접적으로 접촉되는 상기 인덴터의 적어도 일부분은 상기 피부와 유사한 재질로 제작될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치는, 피부의 마찰계수 측정을 위하여 상기 피부의 측정 부분이 놓여지는 지지 플레이트를 구비하는 베이스 프레임; 상기 피부의 측정 부분을 사이에 두고 상기 지지 플레이트의 타측에 위치하도록 상기 베이스 프레임에 장착되며, 상기 지지 플레이트 방향으로 접근 및 이격 가능하도록 구동되고 또한 상기 지지 플레이트의 판면 방향으로 이동 가능하게 구동되어 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정하는 마찰계수 측정부; 및 상기 베이스 프레임 또는 상기 마찰계수 측정부에 장착되어 상기 마찰계수 측정부를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정 시 상기 피부 내의 유수분 정도를 측정하는 유수분 측정기를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 피부 마찰계수 측정 시 동시에 피부의 유수분 정도를 측정할 수 있어 측정된 유수분에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라 피부의 측정 부분의 경사도에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있어 마찰계수 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
상기 피부 마찰계수 측정 장치는, 상기 마찰계수 측정부의 양측에 위치하도록 장착되어 상기 마찰계수 측정부를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정할 때 상기 피부를 팽팽하게 벌려주는 밀림 방지부를 더 포함하며, 상기 유수분 측정기는 상기 밀림 방지부에 장착되어 상기 밀림 방지부에 의해 상기 피부를 팽창시킬 때 상기 피부에 접촉되어 상기 피부의 유수분량을 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치의 마찰계수 측정 방법은, 상기 마찰계수 측정부를 구동시켜 상기 마찰계수 측정부에 구비되는 인덴터를 상기 피부의 측정 부분에 접촉시키는, 측정부 접촉 단계; 상기 측정부 접촉 단계 시 상기 밀림 방지부에 장착된 유수분 측정기를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 유수분을 측정하는, 유수분 측정 단계; 상기 마찰계수 측정부의 상기 인덴터를 상기 피부의 측정 부분의 수평 방향으로 구동시켜 상기 피부의 측정 부분에 가해지는 수직 방향 및 수평 방향으로의 힘을 측정하는, 힘 측정 단계; 상기 피부의 측정 부분의 경사도에 따른 보정식을 사용하여 상기 피부의 마찰계수를 획득하는, 마찰계수 획득 단계; 및 상기 유수분 측정 단계에 의해 측정된 유수분값 및 상기 마찰계수 획득 단계 시 획득된 마찰계수를 토대로 상기 피부의 측정 부분의 최종 마찰계수를 산출하는, 최종 마찰계수 산출 단계;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 피부 마찰계수 측정 시 동시에 피부의 유수분 정도를 측정할 수 있어 측정된 유수분에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라 피부의 측정 부분의 경사도에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있어 마찰계수 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
상기 마찰계수 획득 단계 시 상기 피부의 측정 부분의 경사도에 따른 보정식은,
Figure pat00001
이며, 보정식에 의해 구한 마찰계수를
Figure pat00002
에 대입(여기서, μavg는 평균 마찰계수이고, μ(t)는 마찰계수이고, F(t)는 수평 방향으로의 힘이고, N(t)는 수직 방향으로의 힘이며, m은 인덴터 질량이고, x는 수평 방향 이동 거리이고, θ는 수평면과 피부면의 기울어진 각도임)하여 평균 마찰계수를 획득할 수 있다.
상기 최종 마찰계수 산출 단계에서, 상기 유수분 측정 단계 시 측정된 유수분값을 보정하여 적용시키는데, 이 때 평균 유수분량은
Figure pat00003
식에 의해 구해지고, 평균 마찰계수는
Figure pat00004
식(여기서, μavg는 평균 마찰계수이고, Pavg는 평균 유수분량이고, αn은 n차 polynomial curve fitting 상수임)에 의해 측정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 피부의 마찰계수 측정 시 밀림 방지부에 의해 피부의 밀림을 방지할 수 있어 피부의 측정 부분을 팽팽하게 한 상태에서 피부의 마찰계수를 측정할 수 있어 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 피부 마찰계수 측정 시 동시에 피부의 유수분 정도를 측정할 수 있어 측정된 유수분에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라 피부의 측정 부분의 경사도에 따라 마찰계수를 보다 정확하게 보정할 수 있어 마찰계수 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 피부 조직의 층 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 피부 밀림 있을 때와 없을 때 측정되는 마찰계수의 변화 곡선을 표현한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 피부 마찰계수 측정 장치가 피부에 접촉되지 않았을 때의 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 피부 굴곡에 따른 마찰계수 보정을 위한 식을 도출하기 위한 개략 도면이다.
도 6은 피부의 유수분 값에 따른 마찰계수 보정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치의 측정 방법의 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 피부 마찰계수 측정 장치가 피부에 접촉되지 않았을 때의 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치(100)는, 피부(101)의 마찰계수 측정을 위해 해당 측정 부분 예를 들면 손이 올려지는 지지 플레이트(111)를 갖는 베이스 프레임(110)과, 베이스 프레임(110)에 장착되어 지지 플레이트(111)에 올려진 피부(101)의 측정 부분, 예를 들면 손등 부분의 마찰계수를 측정하는 마찰계수 측정부(120)와, 마찰계수 측정부(120)의 양측에 위치하도록 장착되어 마찰계수 측정부(120)를 이용하여 피부(101)의 마찰계수를 측정할 때 피부(101)의 측정 부분을 양측 방향으로 팽창시킴으로써 밀림을 방지하는 밀림 방지부(150)를 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 피부(101)의 손등 부분의 마찰계수를 측정할 때 피부(101)의 밀림 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있어 마찰계수 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
각 구성에 대해 설명하면, 먼저 베이스 프레임(110)은, 자세히 도시하지는 않았지만, 전술한 구성들이 장착되는 기본 틀을 형성한다. 이러한 베이스 프레임(110)은, 측정 대상물, 예를 들면 손이 놓여지는 지지 플레이트(111)와, 지지 플레이트(111)를 판면 방향으로 구동시키는 플레이트 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
베이스 프레임(110)은, 개략적으로 'ㄷ'자 형상으로 마련될 수 있으며, 하단부에는 지지 플레이트(111)가 장착되고 그와 대칭되게 상단부에는 마찰계수 측정부(120)가 장착되어, 지지 플레이트(111)에 놓여진 피부(101)의 측정 부분 예를 들면 손등의 마찰계수를 정확하게 측정할 수 있다.
여기서, 플레이트 구동부는, 지지 플레이트(111)를 일방향(도 3의 Z축 방향) 및 그와 수직되되 지지 플레이트(111)의 판면 방향인 타방향(도 3의 X축 방향)으로 구동시켜 지지 플레이트(111)에 로딩된 피부(101)의 측정 부분과 마찰계수 측정부(120)의 위치를 정확하게 얼라인할 수 있다.
한편, 본 실시예의 마찰계수 측정부(120)는, 도 3 및 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 피부(101)의 측정 부분과 실질적으로 접촉되어 피부(101)의 측정 부분에 가해지는 힘을 감지하는 힘센서부재(130)와, 힘센서부재(130)를 높이 방향(Z축 방향) 또는 수평 방향(X축) 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동부재(140) 및 피부(101)의 굴곡에 따른 높이 방향으로의 거리 변위를 감지할 수 있는 거리변위 측정부재(145)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 힘센서부재는, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 피부(101)의 측정 부분에 수평 및 수직 방향으로 힘을 가할 수 있는 인덴터(131, indenter)와, 인덴터(131)의 하단 부분이 부분적으로 노출되도록 인덴터(131)가 내측에 이동 가능하게 결합되는 인덴터 가이드(132)와, 인덴터 가이드(132) 및 구동부재(140) 사이에 개재되어 인덴터(131)에 발생되는 변위를 통해 Z축 방향으로의 힘을 감지하는 로드셀(135, load cell)을 포함할 수 있다.
인덴터(131)는, 피부(101)와 직접적으로 접촉되는 부분이므로 하단부가 곡면 형상으로 마련되어 피부(101)에 상처를 입히는 것을 방지할 수 있다. 또한 인덴터는 피부(101)와 실질적으로 유사한 재질로 마련될 수 있으며, 이로 인해 피부(101)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 인덴터(131)는 하중에 의해 인덴터 가이드(132)를 따라 이동하는데, 이 때 인덴터 가이드(132)로부터 인덴터(131)가 임의로 이탈되는 것을 저지하기 위해 측 방향으로 돌출된 띠 형상의 걸림돌기(133)가 형성될 수 있다.
본 실시예의 구동부재(140)는, 인덴터(131)와 같이 움직이는 로드셀(135)을 수평 방향으로 구동시키는 수평 구동 부분(141)과, 수직 방향으로 구동시키는 수직 구동 부분(142)을 포함할 수 있다. 따라서 구동부재(140)의 구동력에 의해, 인덴터(131)를 피부(101)의 측정 부분에 접촉한 상태에서 수직 방향 및 수평 방향으로 힘을 가하며 이동시킬 수 있어 피부(101)의 측정 부분의 마찰계수를 측정할 수 있다.
그런데, 이와 같이, 피부(101)의 측정 부분에 인덴터(131)를 접촉시킨 상태에서 피부(101)의 측정 부분, 예를 들면 손등의 면을 따라 이동시키면서 마찰계수를 측정하는 경우 가압력에 의해 피부(101)에 밀림 현상이 발생되고 따라서 마찰계수가 정확히 측정되지 못하는 문제점이 발생될 수 있다.
이에, 본 실시예의 경우 이를 방지하기 위해, 피부(101)의 마찰계수 측정 시 피부(101)의 밀림 방지를 위한 밀림 방지부(150)를 더 포함하는데, 이하에서 이 구성에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀림 방지부(150)는, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 길이 방향을 갖도록 길게 마련되며 그 중심 부분이 마찰계수 측정부(120)에 대해 틸팅(tilting) 가능하게 힌지(hinge) 결합되는 기준 바아(151)와, 기준 바아(151)의 양단부에 각각 일단이 회동 가능하게 결합되고 타단에는 피부(101)의 측정 부분에 접촉되어 피부(101)의 측정 부분이 팽창되도록 벌려주는 팽창부재(160)가 장착되는 한 쌍의 링크부재(155)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 실시예의 기준 바아(151)는 지지 플레이트(111)의 판면 방향과 나란한 방향으로 길게 형성되되 마찰계수 측정부(120)에 힌지 결합되어 틸팅이 가능하다. 따라서 가령 피부(101)의 측정 부분이 평평한 면이 아니고 좌우 양측의 높이가 다른 곡면 형상을 갖더라도 그 형상에 맞게 기준 바아(151)는 틸팅되어 기준 바아(151)와 링크부재(155)에 의해 연결된 팽창부재(160)가 피부(101)의 측정 부분과 적절한 접촉 상태를 유지할 수 있도록 한다.
한편, 전술한 인덴터(131)가 피부(101)에 접촉되면, 한 쌍의 링크부재(155)에 의해 기준 바아(151)와 연결된 팽창부재(160)도 인덴터(131)가 접촉된 피부(101)의 양측에 위치하는 피부(101)와 접촉되는데, 이때 한 쌍의 팽창부재(160)는 피부(101)를 양측으로 밀어주는 역할을 한다. 따라서 피부(101)의 측정 부분이 팽팽해짐으로써 마찰계수 측정 시 피부(101)가 인덴터(131)의 이동 방향으로 밀리는 현상을 방지할 수 있다.
여기서, 마찰계수 측정부(120)가 피부(101)의 측정 부분을 하방으로 가압할 때 링크부재(155)와 연결된 한 쌍의 팽창부재(160)가 양측으로 벌어질 수 있도록, 링크부재(155)와 기준 바아(151)는 둔각을 갖도록 결합되는 것이 바람직하다.
한편, 기준 바아(151)와 링크부재(155)는, 도 4에 도시된 것처럼, 외력 상실 시, 이를테면 마찰계수 측정부(120)가 피부(101)의 측정 부분에서 이격되는 경우 양측으로 벌어졌던 링크부재(155)가 원래 상태로 복원될 수 있도록 복원부재(156)에 의해 연결될 수 있다. 복원부재(156)는, 탄성력을 지니는 스프링으로 마련될 수 있으며, 이러한 구성에 의해서 기준 바아(151)에 대한 링크부재(155)의 결합 상태를 견고하게 유지할 수 있다.
한편, 본 실시예의 팽창부재(160)에는, 피부(101)의 측정 부분이 밀리는 것을 방지할 뿐만 아니라 동시에 피부(101) 내의 유수분을 측정할 수 있도록, 도 3에 도시된 것처럼, 유수분 측정기(170)가 장착될 수 있다. 또한 팽창부재(160)와 유수분 측정기(170) 사이에는 유수분 측정기(170)와 피부(101)의 측정 부분이 접촉될 때 발생 가능한 충격을 흡수하기 위한 충격 흡수재(175)가 배치될 수도 있다.
먼저, 유수분 측정기(170)에 대해 설명하면, 본 실시예의 유수분 측정기(170)는 피부(101)의 면 접촉함으로써 피부(101) 내의 유수분량을 정확하게 측정할 수 있다. 이러한 유수분 측정기(170)에 의해 측정된 유수분값은 후술하겠지만 최종 마찰계수를 구하는 보정식에 적용되어 보다 정확한 마찰계수를 측정할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 실시예의 밀림 방지부(150)는 마찰계수 측정부(120)를 이용하여 피부(101)의 마찰계수를 측정할 때 피부(101)를 양측으로 팽팽하게 벌려줌으로써 피부(101)의 밀림을 방지할 수 있으면서도 아울러 피부(101)와의 접촉 부분에 유수분 측정기(170)가 구비됨으로써 동시에 피부(101) 내의 유수분을 측정할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 본 실시예의 팽창부재(160)는 링크부재(155)의 타단이 부분적으로 내장되는 수용 공간을 형성하는데, 수용 공간을 형성하는 팽창부재(160)의 내벽 중 마찰계수 측정부(120) 방향의 내벽과 링크부재(155)의 타단 사이에는 링크부재(155)의 타단을 내측 방향으로 잡아당기는 탄성부재(161)가 장착될 수 있다.
이러한 탄성부재(161)는, 팽창부재(160)가 과도하게 외측으로 벌어지는 것을 방지함으로써 피부(101)와의 과도한 접촉에 의한 피부(101) 손상이 발생되는 것을 저지할 수 있다. 탄성부재(161)는 스프링 타입으로 마련될 수 있을 것이나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치(100)에 따르면, 밀림 방지부(150)에 의해 피부(101)의 측정 부분을 팽팽하게 한 상태에서 피부(101)의 마찰계수를 측정할 수 있어 피부(101)의 마찰계수 측정의 정확성을 종래에 비해 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
아울러, 피부(101)의 마찰계수 측정 시 실질적으로 동시에 피부(101) 내의 유수분도 측정할 수 있으며 측정된 유수분값을 이용하여 마찰계수를 보정할 수 있어 마찰계수의 측정 정확도를 보다 향상시킬 수 있는 장점도 있다.
한편, 이하에서는 전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치의 마찰계수 측정 방법에 대해서 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 마찰계수 측정 장치의 측정 방법의 순서도이다.
이에 도시된 것처럼, 본 실시예의 피부 마찰계수 측정 방법은, 마찰계수 측정부(120)의 구동부재(140)를 구동시켜 마찰계수 측정부(120)의 인덴터(131)를 피부(101)의 측정 부분에 접촉시키는 측정부 접촉 단계(S100)와, 측정부 접촉 단계(S100) 시 피부(101)의 측정 부분의 양측에서 피부(101)를 팽팽하게 잡아당기는 팽창부재(160)에 장착되는 유수분 측정기(170)를 통하여 피부(101)의 유수분을 측정하는 유수분 측정 단계(S200)와, 구동부재(140)를 구동시켜 인덴터(131)를 피부(101)의 측정 부분의 수평 방향으로 구동시켜 피부(101)에 가해지는 수직 방향 및 수평 방향으로의 힘을 측정하는 힘 측정 단계(S300)와, 피부(101) 경사도에 따른 보정식을 사용하여 피부(101)의 마찰계수를 획득하는 마찰계수 획득 단계(S400)와, 유수분값 및 마찰계수를 통해 최종 마찰계수를 산출하는 최종 마찰계수 산출 단계(S500)를 포함할 수 있다.
각 단계에 대해 설명하면, 먼저, 본 실시예의 측정부 접촉 단계(S100)는, 구동부재(140) 중 수직 구동 부분(142)을 구동시켜 인덴터(131)가 피부(101)의 측정 부분에 접촉되도록 하는 단계로서, 이 때 인덴터(131)는 예를 들면 도 3에서의 L이 0.3mm가 될 때까지 수직 이동할 수 있다.
이 때, 실질적으로 동시에 밀림 방지부(150)의 팽창부재(160)에 장착된 유수분 측정기(170)에 의해 피부(101)의 유수분을 측정하는 유수분 측정 단계(S200)가 진행될 수 있다. 이 단계 시 유수분 측정기(170)에 의해 측정된 피부(101)의 유수분값을 통해 평균 유수분값을 획득할 수 있다.
본 실시예의 힘 측정 단계(S300)는, 구동부재(140)를 구동시켜 인덴터(131)를 피부(101)의 측정 부분의 수평 방향으로 구동시켜 피부(101)에 가해지는 수직 방향으로의 힘 및 수평 방향으로의 힘을 측정할 수 있다. 이 때, 전술한 것처럼 로드셀(135)이 구비되어 힘 측정을 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
다만, 피부(101)가 인덴터(131)에 대해 수직 방향의 평면을 갖는 것이 아니라 도 5에 개략적으로 도시된 것처럼 경사도를 갖는 곡면으로 마련되기 때문에 마찰계수 획득 단계(S400)에서 피부(101)의 경사도에 따른 보정식을 사용하여 피부(101)의 평균 마찰계수를 획득할 수 있다. 이에 대해서 다음의 식을 적용하여 설명하기로 한다.
Figure pat00005
......식 1
Figure pat00006
......식 2
(여기서, μavg는 평균 마찰계수이고, μ(t)는 마찰계수이고, F(t)는 수평 방향으로의 힘이고, N(t)는 수직 방향으로의 힘이며, m은 인덴터 질량이고, x는 수평 방향 이동 거리이고, θ는 수평면과 피부면의 기울어진 각도임)
이와 같이, 본 실시예의 마찰계수 획득 단계(S400)에서 보정식인 식 2를 이용하여 피부(101)의 경사도에 따른 마찰계수를 구한 후 또한 구한 값을 식 1에 대입함으로써 평균 마찰계수를 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 마찰계수 획득 단계(S400)에서 구한 평균 마찰계수가 최종 마찰계수가 아니고, 이의 값에 유수분 측정에 의해 구한 유수분값을 보정하여 적용시키는데, 유수분량을 통한 평균 마찰계수를 구하는 식은 다음과 같다.
Figure pat00007
......식 3
Figure pat00008
......식 4
(여기서, μavg는 평균 마찰계수이고, Pavg는 평균 유수분량이고, αn은 n차 polynomial curve fitting 상수임)
이 때, 인위적으로 유수분량을 단계적으로 조절하여 마찰계수를 산출할 수 있는데, 그 방법으로는 증류수를 피부(101)의 측정 부분에 바르고 일정 시간마다 측정함으로써 이루어질 수 있다.
이를 통해, 유수분량에 따른 마찰계수의 그래프를 도 6에 도시된 것처럼 도출할 수 있으며, 이 값들을 토대로 식 4를 이용하여 평균 마찰계수를 연산할 수 있다.
이처럼, 최종 마찰계수 산출 단계(S500)에서, 유수분 측정기(170)에 의해 측정된 유수분값을 통해 구한 평균 마찰계수와 전술한 마찰계수 획득 단계(S400)에 의해 측정된 평균 마찰계수를 적용시켜 최종 마찰계수를 정확하게 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 피부(101)의 경사도를 고려할 뿐만 아니라 피부(101)의 유수분 포함 정도도 정확하게 적용시켜 피부(101)의 마찰계수를 정확하게 측정할 수 있다.
전술한 실시예에서는, 마찰계수 측정부의 양측에 밀림 방지부가 구비되고, 밀림 방지부에 유수분 측정기가 장착됨으로써 마찰계수 측정부에 의한 피부의 마찰계수 측정 시 밀림 방지부에 의해 피부가 팽팽하게 벌려지고 동시에 피부의 유수분이 측정될 수 있다고 상술하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 밀림 방지부는 필요에 따라 구비되지 않을 수 있으며, 마찰계수 측정부에 유수분 측정기가 장착되어 마찰계수 측정 시 피부 내의 유수분을 측정할 수도 있음은 당연하다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 피부 마찰계수 측정 장치
110 : 베이스 프레임 111 : 지지 플레이트
120 : 마찰계수 측정부 130 : 힘센서부재
131 : 인덴터 135 : 로드셀
140 : 구동부재 150 : 밀림 방지부
151 : 기준 바아 155 : 링크부재
160 : 팽창부재 170 : 유수분 측정기

Claims (15)

  1. 피부의 마찰계수 측정을 위하여 상기 피부의 측정 부분이 놓여지는 지지 플레이트를 구비하는 베이스 프레임;
    상기 피부의 측정 부분을 사이에 두고 상기 지지 플레이트의 타측에 위치하도록 상기 베이스 프레임에 장착되며, 상기 지지 플레이트 방향으로 접근 및 이격 가능하도록 구동되고 또한 상기 지지 플레이트의 판면 방향으로 이동 가능하게 구동되어 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정하는 마찰계수 측정부; 및
    상기 마찰계수 측정부의 양측에 위치하도록 장착되어 상기 마찰계수 측정부를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정할 때 상기 피부의 측정 부분을 양측으로 벌려줌으로써 밀림을 방지하는 밀림 방지부;
    를 포함하는 피부 마찰계수 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀림 방지부는,
    중심 부분이 상기 마찰계수 측정부에 대해 틸팅(tilting) 가능하게 힌지(hinge) 결합되는 기준 바아; 및
    상기 기준 바아의 양단부에 각각 일단이 회동 가능하게 결합되고 타단에는 상기 피부의 측정 부분에 접촉되어 상기 피부의 측정 부분이 팽창되도록 벌려주는 팽창부재가 장착되는 한 쌍의 링크부재를 포함하는 피부 마찰계수 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준 바아와 상기 기준 바아에 결합되는 상기 링크부재의 일단은 외력 상실 시 초기 위치로 복원될 수 있도록 복원부재에 의해 연결되는 피부 마찰계수 측정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 팽창부재에는, 상기 피부의 측정 부분과 실질적으로 접촉되어 상기 피부의 유수분을 측정하는 유수분 측정기가 장착되는 피부 마찰계수 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팽창부재와 상기 유수분 측정기 사이에는 상기 유수분 측정기로 상기 피부와 접촉될 때 발생 가능한 충격을 흡수하기 위한 충격 흡수재가 배치되는 피부 마찰계수 측정 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 팽창부재는 상기 링크부재의 타단이 부분적으로 내장되는 수용 공간을 형성하며, 상기 수용 공간을 형성하는 상기 팽창부재의 내벽 중 상기 마찰계수 측정부 방향의 내벽과 상기 링크부재의 타단 사이에는 상기 링크부재의 타단을 내측으로 잡아당기는 탄성부재가 장착되는 피부 마찰계수 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마찰계수 측정부는,
    상기 피부의 측정 부분과 부분적으로 접촉되어 상기 피부의 측정 부분에 가해지는 수직 방향으로의 힘 및 수평 방향으로의 힘을 감지하는 힘센서부재; 및
    상기 베이스 프레임과 상기 힘센서부재 사이에 장착되어 상기 힘센서부재를 수직 또는 수평 방향으로 구동시키는 구동부재를 포함하는 피부 마찰계수 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 힘센서부재는,
    상기 피부의 측정 부분에 수평 및 수직 방향으로의 힘을 가하는 인덴터;
    상기 인덴터의 하단 부분이 부분적으로 노출되도록 상기 인덴터가 내측에 이동 가능하게 결합되는 인덴터 가이드; 및
    상기 인덴터 가이드 및 상기 구동부재 사이에 배치되어 상기 인덴터에 발생되는 변위를 통해 힘을 감지하는 로드셀을 포함하는 피부 마찰계수 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마찰계수 측정부는 상기 인덴터의 수직 방향으로의 거리 변위를 측정하기 위한 거리변위 측정부재를 더 포함하며,
    상기 거리변위 측정부재는 거리 변위를 측정하기 위한 신호를 송수신하는 송수신 부분과, 상기 송수신 부분으로부터 송신된 신호를 다시 상기 송수신 부분 방향으로 반사시키는 반사 부분을 포함하는 피부 마찰계수 측정 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 피부의 측정 부분과 직접적으로 접촉되는 상기 인덴터의 적어도 일부분은 상기 피부와 유사한 재질로 제작되는 피부 마찰계수 측정 장치.
  11. 피부의 마찰계수 측정을 위하여 상기 피부의 측정 부분이 놓여지는 지지 플레이트를 구비하는 베이스 프레임;
    상기 피부의 측정 부분을 사이에 두고 상기 지지 플레이트의 타측에 위치하도록 상기 베이스 프레임에 장착되며, 상기 지지 플레이트 방향으로 접근 및 이격 가능하도록 구동되고 또한 상기 지지 플레이트의 판면 방향으로 이동 가능하게 구동되어 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정하는 마찰계수 측정부; 및
    상기 베이스 프레임 또는 상기 마찰계수 측정부에 장착되어 상기 마찰계수 측정부를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정 시 상기 피부 내의 유수분 정도를 측정하는 유수분 측정기;
    를 포함하는 피부 마찰계수 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마찰계수 측정부의 양측에 위치하도록 장착되어 상기 마찰계수 측정부를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 마찰계수를 측정할 때 상기 피부를 팽팽하게 벌려주는 밀림 방지부를 더 포함하며,
    상기 유수분 측정기는 상기 밀림 방지부에 장착되어 상기 밀림 방지부에 의해 상기 피부를 팽창시킬 때 상기 피부에 접촉되어 상기 피부의 유수분량을 측정하는 피부 마찰계수 측정 장치.
  13. 제1항에 따른 피부 마찰계수 측정 장치의 마찰계수 측정 방법에 있어서,
    상기 마찰계수 측정부를 구동시켜 상기 마찰계수 측정부에 구비되는 인덴터를 상기 피부의 측정 부분에 접촉시키는, 측정부 접촉 단계;
    상기 측정부 접촉 단계 시 상기 밀림 방지부에 장착된 유수분 측정기를 이용하여 상기 피부의 측정 부분의 유수분을 측정하는, 유수분 측정 단계;
    상기 마찰계수 측정부의 상기 인덴터를 상기 피부의 측정 부분의 수평 방향으로 구동시켜 상기 피부의 측정 부분에 가해지는 수직 방향 및 수평 방향으로의 힘을 측정하는, 힘 측정 단계;
    상기 피부의 측정 부분의 경사도에 따른 보정식을 사용하여 상기 피부의 마찰계수를 획득하는, 마찰계수 획득 단계; 및
    상기 유수분 측정 단계에 의해 측정된 유수분값 및 상기 마찰계수 획득 단계 시 획득된 마찰계수를 토대로 상기 피부의 측정 부분의 최종 마찰계수를 산출하는, 최종 마찰계수 산출 단계;
    를 포함하는 피부 마찰계수 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마찰계수 획득 단계 시 상기 피부의 측정 부분의 경사도에 따른 보정식은,
    Figure pat00009
    이며, 보정식에 의해 구한 마찰계수를
    Figure pat00010
    에 대입(여기서, μavg는 평균 마찰계수이고, μ(t)는 마찰계수이고, F(t)는 수평 방향으로의 힘이고, N(t)는 수직 방향으로의 힘이며, m은 인덴터 질량이고, x는 수평 방향 이동 거리이고, θ는 수평면과 피부면의 기울어진 각도임)하여 평균 마찰계수를 획득하는 피부 마찰계수 측정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 최종 마찰계수 산출 단계에서, 상기 유수분 측정 단계 시 측정된 유수분값을 보정하여 적용시키는데, 이 때 평균 유수분량은
    Figure pat00011
    식에 의해 구해지고, 평균 마찰계수는
    Figure pat00012
    식(여기서, μavg는 평균 마찰계수이고, Pavg는 평균 유수분량이고, αn은 n차 polynomial curve fitting 상수임)에 의해 측정되는 피부 마찰계수 측정 방법.
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