KR20130029874A - 탄성파를 이용한 유리판의 크랙탐지장치 및 이를 이용한 크랙탐지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동 응용기술에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 LCD나 PDP 등과 같은 평판디스플레이를 제조하는데 사용되는 유리판에 탄성파를 가하여 크랙의 발생 유무를 탐지하는 장치와, 이 장치를 이용하여 유리판의 크랙을 탐지하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 유리판 크랙탐지장치는 유리판의 크랙탐지장치를 유리판이 올려지는 시험대(1), 유리판에 탄성파를 가하는 가진장치(2), 그리고 유리판에 부착되어 진동을 감지하는 진동센서(3), 진동센서(3)이 감지한 진동신호를 분석하여 크랙의 유무를 판정하는 신호분석기(4), 그리고 크랙탐지장치의 각부에 전기를 공급하고 작동에 필요한 조작하는 제어반(5)로 구성된다.
본 발명의 유리판의 크랙탐지장치를 사용하여 본 발명의 크랙탐지방법으로 유리판을 검사하면, 육안으로 식별되지 않는 유리판의 크랙도 정확하게 탐지할 수 있고, 크랙의 깊이까지 판단할 수 있으며, 유리판에 오물이 침착되더라도 신뢰성 높게 크랙을 탐지할 수 있다.

Description

탄성파를 이용한 유리판의 크랙탐지장치 및 이를 이용한 크랙탐지방법{Crack Detecting Equipment of Thin Glass Panel Using Elastic Wave and Crack Detecting Method Using the Equipment}

본 발명은 진동 응용기술에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 LCD나 PDP 등과 같은 평판디스플레이를 제조하는데 사용되는 유리판 또는 건축용 유리판 등에 탄성파를 가하여 크랙의 유무를 탐지하는 장치와, 이 장치를 이용하여 유리판의 크랙을 탐지하는 방법에 관한 것이다.

LCD나 PDP 등과 같은 평판디스플레이를 제조하는데 필요한 유리기판은 제조 공정 중에 크랙(Crack)이 발생하여 파손되는 경우가 있다. 그리고 건축용 유리판은 제조, 운반 드리고 사용 중에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 유리판의 크랙은 대부분 가장자리에서 발생하여 중심부로 성장해 가는데, 크랙이 일정 길이 이상 성장하면 유리판이 급작스럽게 파손된다.

최근 들어 LCD나 PDP TV가 점차 대형화되어감에 따라 이들의 제작에 사용되는 유리기판의 크기도 함께 대형화되고 있으며 두께는 더욱 얇아지고 있고, 좋은 조망을 위하여 건축용 유리판도 대형화되고 있는데, 이러한 대형 유리판은 제조 및 운송 중에 크랙이 발생할 위험이 더욱 증대하고 있다.

상기와 같이 크랙이 있는 유리기판이 생산에 투입되면, 이를 이용하여 제조한 최종 제품이 불량품이 되는 것은 물론이고, 생산공정 중에 유리기판이 파손되는 경우 있다. 만약 생산공정 중에 유리판이 파손되면, 유리 파편이 광범위한 지역으로 비산되어 생산에 큰 차질을 야기하는 2차 피해가 발생하여 큰 문제가 된다.

따라서 유리판을 사용하는 제품을 제조하는 공정에서는 유리판이 파손되었는지 또는 크랙이 발생하였는지에 대한 검사가 필수적으로 이루어지고 있다. 유리판의 파손양상 중 가장 빈번한 것이 모서리부분의 파손인데, 이에 따라 유리판의 검사는 통상적으로 모서리 부분의 파손을 육안으로 검사하고 있는 실정이다. 그러나 이와 같은 육안검사만으로는 유리판의 변에 발생한 크랙을 찾아내기 어렵고, 검사효율이 지극히 낮다.

상기와 같은 유리판에 대한 육안 검사의 문제점을 해결하고자 검사 카메라가 장착된 검사용 테이블을 이용해 유리판의 파손을 검사하는 방법이 도입되었으나, 육안 검사의 한계를 완전히 극복하지 못하고 있다.

국내 등록특허 10-0927956호의 유리기판의 파단 검사장치는 2개의 광센서가 설치된 검사대로 유리기판을 통과시키고, 광센서가 유리판의 변에 생성된 크랙과 파손 여부를 탐지하는 방법으로 유리판의 파손 유무를 검사할 수 있는 검사장치가 게시되어 있다. 그러나 이와 같이 광센서를 사용한 검사장치도 결국은 유리기판의 외형적 형상을 기준으로 파손 유무를 검사하는 것으로서, 작은 크랙은 식별하지 못하고, 유리기판의 면에 오물이 부착된 경우 이를 크랙으로 잘못 판정하는 경우가 있어 문제가 된다.

최근에 대형 유리판을 사용하여 제조하는 제품들이 많이 출시되고 있는데, 이러한 제품에서 유리판의 크랙탐지가 큰 문제로 대두하고 있다. 그러나 지금까지 알려진 대형 유리판의 크랙탐지방법은 크랙을 효과적으로 탐지하지 못하는 문제가 있다.

따라서 대형 유리판에서 크랙을 효율적이고 정확하게 탐지하는 장치와 방법이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 문제를 해결하기 위하여, 유리판의 크랙탐지장치를 유리판이 올려지는 시험대(1), 유리판에 탄성파를 가하는 가진장치(2), 그리고 유리판에 부착되어 진동을 감지하는 진동센서(3), 진동센서(3)이 감지한 진동신호를 분석하여 크랙의 유무를 판정하는 신호분석기(4), 그리고 크랙탐지장치의 각부에 전기를 공급하고 작동에 필요한 조작하는 제어반(5)로 구성하였다.

유리판의 크랙 탐지는,

1. 검사하고자 하는 유리판과 같은 유리판 중 크랙이 없는 유리판을 시험대(1)에 장착하고, 유리판 면에 진동센서(3)를 부착하고, 가진장치(2)를 이용하여 유리판에 탄성파를 발생시키고, 진동센서(3)에서 감지되는 진동을 신호분석기(4)로 주파수 분석을 하고, 분석된 진동주파수 특성을 기준진동값으로 신호분석기(4)에 입력하는, 기준설정단계;

2. 검사하고자 하는 유리판을 시험대에 장착하고, 유리판 면에 진동센서(3)를 부착하는 검사준비단계;

3. 상기 검사준비단계에서 준비된 유리판에 가진장치(2)를 이용하여 탄성파를 발생시키는 가진단계;

4. 신호분석기(4)를 이용하여 진동센서(3)가 감지한 유리판의 진동신호를 포착하고, 포착된 진동신호를 주파수 분석하는 진동측정단계;

5. 상기 진동측정단계에서 측정한 진동값을 상기 기준설정단계에서 설정한 기준진동값과 비교하여, 유리판의 크랙발생 유무를 판정하는 크랙판정단계;

의 단계를 순차적으로 실시하여 수행한다.

본 발명의 유리판의 크랙탐지장치를 사용하여 본 발명의 크랙탐지방법으로 유리판을 검사하면, 육안으로 식별되지 않는 유리판의 크랙도 정확하게 탐지할 수 있고, 크랙의 깊이까지 판단할 수 있으며, 유리판에 오물이 침착되더라도 신뢰성 높게 크랙을 탐지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 크랙탐지장치의 구성도이다.
도 2는 크랙이 있는 유리판의 진동특성 그래프이다.
도 3은 본 발명의 크랙탐지방법의 절차흐름도이다.

본 발명의 탄성파를 이용한 유리판의 크랙탐지장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 유리판이 올려지는 시험대(1), 유리판에 탄성파를 가하는 가진장치(2), 유리판에 부착되어 진동을 감지하는 진동센서(3), 그리고 진동센서(3)가 감지한 진동신호를 분석하여 크랙의 유무를 판정하는 신호분석기(4)를 포함하여 구성된다. 그리고 필요에 따라 크랙탐지장치의 각부에 전기를 공급하고 작동에 필요한 조작하는 제어반(5)을 구비할 수 있다.

시험대(1)는 탁자 형상으로서 그 위에 시험대상인 유리판이 올려진다. 이 시험대는 다수 개의 이송롤러(11)를 구비하여, 컨베이어로 이송되는 유리판의 제조라인에 연결되어 운용할 수 있다. 이 이송롤러(11)들은 모터(미도시)에 의하여 구동되어, 검사를 마친 유리판을 다음 공정으로 이송하도록 할 수 있다.

건물의 외벽 등 구조체에 부착되어 있거나 창호의 창틀에 끼워진 유리판 그리고 유리판을 구비한 제품도 상기와 동일한 장치와 방법으로 크랙발생 여부를 검사할 수 있는데, 이러한 경우에는 별도의 시험대가 필요하지 않고, 건물 구조체에 부착된 상태, 창틀에 부착된 상태, 또는 제품에 부착된 상태로도 크랙유무를 탐지할 수 있다. 이 경우 건물 구조체, 창틀, 또는 제품의 몸체를 상기 시험대(1)로 본다.

가진장치(2, 加振裝置)는 상기 시험대(1)위에 올려진 유리판에 진동을 가하여 탄성파를 유발하는 장치로서, 유리판에 충격을 가하는 임팩트햄머, 유리판에 정현파 진동(Sinusoidal Vibration) 또는 랜덤진동(Random Vibration)을 직접 가하는 가진기, 그리고 음파를 가하는 스피커 등 유리판에 탄성파를 유발할 수 있는 모든 종류의 가진장치가 사용될 수 있다.

LCD나 PDP 등과 같은 평판디스플레이를 제조하는데 사용되는 유리기판은 아주 얇고 크기가 크므로, 이와 같은 얇은 유리기판을 가진(加振)하는 장치로는 넓은 주파수 대역의 음파를 발생할 수 있고, 음파의 세기와 주파수를 용이하게 제어할 수 있는 스피커가 가장 적합하다.

진동센서(3)는 상기 시험대(1)위에 올려진 유리판의 표면에 부착되어, 상기 가진장치(2)에 의하여 가진되어 진동하는 유리판의 진동을 감지한다. 진동센서(3)는 접촉식, 비접촉식을 포함하여 다양한 종류의 것이 개발되어 진동의 측정에 사용되는데, 진동 변위를 측정하는 변위 픽업(Pick-up), 진동 속도를 측정하는 속도 픽업, 진동 가속도를 측정하는 가속도 픽업(진동가속도계(Accelerometer)라고도 함) 등이 있다. 본 발명에 사용되는 진동센서로는 소형이고 가벼운 가속도 픽업이 가장 적당하다.

신호분석기(4)는 상기 진동센서(3)가 감지한 유리판의 진동신호를 분석하여 크랙의 유무를 판단하는 기능을 한다. 이 신호분석기(4)는 진동신호를 주파수분석하는 기능을 구비하고, 주파수 분석한 진동스펙트럼을 저장하고, 주파수 분석한 진동스펙트럼을 기준이 되는 진동스펙트럼과 비교하는 기능을 구비하는데, 이와 같은 기능을 구비한 신호분석기는 다양한 것이 시판되고 있다.

상기 진동센서(3)는 신호분석기(4)와 연결되어, 진동센서(3)가 감지한 유리판의 진동신호를 신호분석기(4)가 분석을 하여 크랙의 유무를 판정한다.

신호분석기(4)에는 신호발생기가 구비된 것이 많은데, 이와 같이 신호발생기를 구비한 신호분석기(4)를 사용하면, 별도의 신호발생기 없이 상기 가진장치(2)의 작동에 필요한 구동신호를 생성할 수 있어 편리하다.

제어반(5)은 상기 시험대에 부착되고, 본 발명의 유리판의 크랙탐지장치의 운용을 위한 조작스위치들을 구비한다.

유리판과 같이 얇고 탄성이 있는 판의 한 점에 가진력이 가해지면, 판에 탄성파가 발생하여 판의 전면으로 전파되고, 탄성파가 판의 가장자리에 이르면 판의 내부로 반사되어 진행하고, 다시 판의 가장자리에서 반사하는 것을 반복한다.

유리판과 같이 얇은 판의 경우, 상기 탄성파 중에서 판의 굴곡파가 가장 두드러지게 나타난다. 이 굴곡파는 판의 두께, 크기, 그리고 재료의 탄성계수에 의하여 주파수가 결정된다.

도 2는 (a)에 도시한 바와 같이 가로 2000mm 이상, 세로 2000mm, 그리고 두께 0.7mm인 일정 크기의 유리기판의 한 변에 깊이를 달리한 여러 종류의 크랙을 형성하고, 가진장치(2)로 스피커를 사용하여 일정한 세기의 백색잡음(White Noise)을 유리기판에 조사하고, 유리기판 면의 진동을 진동센서(3)로 측정하여, 진동신호를 신호분석기(4)로 주파수 분석을 한 그래프이다.

도 2의 (b) 그래프로 알 수 있듯이 유리기판의 진동에서 2개의 주파수 성분이 뚜렷이 나타나는데, 그 주파수는 각각 780Hz와 1040Hz이다. 이 진동의 주파수 성분은 각각 판의 세로방향으로 진행하는 굴곡파 진동의 주파수와 판의 가로방향으로 진행하는 굴곡파 진동의 주파수와 일치한다.

상기 그래프에서 크랙의 깊이가 깊어질수록 크랙과 직각 방향으로 진행하는 탄성파인 1040Hz의 진동성분이 급격히 작아지는 반면, 크랙과 같은 방향으로 진행하는 탄성파인 780Hz의 진동성분의 변화는 그다지 크지 않음을 알 수 있다. 그 이유는 탄성파가 진행하다가 크랙과 수직으로 만나면 크랙이 있는 곳을 진행하던 탄성파가 반사되면서 같은 방향으로 진행하는 탄성파와 간섭을 일으켜 일부가 상쇄되기 때문인 것으로 판단된다. 반면 크랙과 같은 방향으로 진행하는 탄성파는 크랙의 영향을 거의 받지 않아 진폭의 변화가 적다.

상기와 같은 시험결과로부터 본 발명의 크랙탐지장치를 이용하면, 크랙이 없는 유리판의 탄성파와 크랙이 있는 유리판의 판성파를 비교하여 유리판에 크랙이 있는지 여부와 크랙의 깊이까지 탐지할 수 있음을 알 수 있다.

유리판의 크랙 탐지는 도 3에 도시한 바와 같이, 다음의 절차를 순차적으로 실시하여 수행한다.

1. 검사하고자 하는 유리판과 같은 유리판 중 크랙이 없는 유리판을 시험대(1)에 장착하고, 유리판 면에 진동센서(3)를 부착하고, 가진장치(2)를 이용하여 유리판에 탄성파를 발생시키고, 진동센서(3)에서 감지되는 진동을 신호분석기(4)로 주파수 분석을 하고, 주파수 분석된 진동스펙트럼을 기준진동스펙트럼으로 신호분석기(4)에 입력하는, 기준설정단계;

2. 검사하고자 하는 유리판을 시험대에 장착하고, 유리판 면에 진동센서(3)를 부착하는 검사준비단계;

3. 상기 검사준비단계에서 준비된 유리판에 가진장치(2)를 이용하여 탄성파를 발생시키는 가진단계;

4. 신호분석기(4)를 이용하여 진동센서(3)가 감지한 유리판의 진동신호를 포착하고, 포착된 진동신호를 주파수 분석하는 진동측정단계;

5. 상기 진동측정단계에서 측정하여 주파수 분석한 진동값 중 피크를 보이는 주파수 성분의 진폭을 상기 기준설정단계에서 설정한 기준진동스펙트럼의 당해 주파수의 진폭과 비교하여, 유리판의 크랙발생 유무를 판정하는 크랙판정단계;

상기 크랙판정단계에서는 검사대상 유리판에 대하여 측정하여 주파수 분석한 진동값 중 피크를 보이는 주파수의 진폭을 상기 기준설정단계에서 측정한 크랙이 없는 유리판의 진동스펙트럼에서 같은 주파수 성분의 진폭과 비교하여, 그 차이가 일정 이상이면 크랙이 있는 것으로 판정하고, 그 차이가 일정 이하이면 크랙이 없는 것으로 판정한다.

상기와 같은 방법을 이용하면, 육안으로 식별되지 않는 유리판의 크랙도 정확하게 탐지할 수 있고, 크랙의 깊이까지 판단할 수 있으며, 유리판에 오물이 침착되더라도 신뢰성 높게 크랙을 탐지할 수 있다.

1 : 시험대, 2 : 가진장치, 3 : 진동센서,
4 : 신호분석기, 5 : 제어반, 11 : 이송롤러.

Claims (5)

1. 유리판이 올려지는 시험대(1);
   상기 시험대(1)에 올려진 유리판에 탄성파를 가하는 가진장치(2);
   상기 시험대(1)에 올려진 유리판에 부착되어 진동을 감지하는 진동센서(3);
   그리고, 상기 진동센서(3)가 감지한 진동신호를 받아 이를 분석하여 크랙의 유무를 판정하는 것으로서, 진동신호를 주파수 분석하고, 주파수 분석한 진동 데이터를 저장하고, 그리고 주파수 분석한 진동 데이터를 기준이 되는 데이터와 비교하여 크랙의 유무를 판정하는 기능을 구비한 신호분석기(4);
   를 포함하여 구성되는, 유리판의 크랙탐지장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가진장치(2)는 스피커인 것을 특징으로 하는, 유리판의 크랙탐지장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 시험대(1)는 다수개의 이송롤러(11)를 구비하여, 시험대에 유리판을 올리는 것을 용이하게 하는, 유리판의 크랙탐지장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 시험대(1)는 건물의 구조체, 또는 유리판을 사용한 제품의 몸체로서, 사용 중인 유리판의 크랙 유무를 검사하는 것을 특징으로 하는, 유리판의 크랙탐지장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 유리판의 크랙탐지장치를 사용하여 유리판의 크랙을 탐지하는 방법에 있어서,
   1. 검사하고자 하는 유리판과 같은 유리판 중 크랙이 없는 유리판을 시험대(1)에 장착하고, 유리판 면에 진동센서(3)를 부착하고, 가진장치(2)를 이용하여 유리판에 탄성파를 발생시키고, 진동센서(3)에서 감지되는 진동을 신호분석기(4)로 주파수 분석을 하여 그 주파수 특성을 기준진동스펙트럼으로 신호분석기(4)에 입력하는, 기준설정단계;
   2. 검사하고자 하는 유리판을 시험대에 장착하고, 유리판 면에 진동센서(3)를 부착하는 검사준비단계;
   3. 상기 검사준비단계에서 준비된 유리판에 가진장치(2)를 이용하여 탄성파를 발생시키는 가진단계;
   4. 신호분석기(4)를 이용하여 진동센서(3)가 감지한 유리판의 진동신호를 포착하고, 포착된 진동신호를 주파수 분석하는 진동측정단계; 그리고,
   5. 상기 진동측정단계에서 측정하여 주파수 분석한 진동값 중 피크를 보이는 주파수 성분의 진폭을 상기 기준설정단계에서 설정한 기준진동스펙트럼의 당해 주파수의 진폭과 비교하여, 유리판의 크랙발생 유무를 판정하는 크랙판정단계;
   의 단계를 순차적으로 수행하여, 유리판의 크랙 유무를 검사하는, 유리판의 크랙탐지방법.

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