KR20130125954A - 막 두께 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광(레이저) 조사가 가능한 투명창을 구비하고, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 수용할 수 있는 수용 수단; 및 상기 수용 수단의 투명창을 통해 상기 성형체에 광(레이저)을 조사하고, 상기 성형체로부터 반사된 광을 측정하는 레이저 센서를 포함하는 막 두께 측정 장치에 관한 것이다.

Description

막 두께 측정 장치 {THICKNESS MEASURING DEVICE}
본 발명은 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체의 막 두께를 실시간으로 측정할 수 있는 막 두께 측정 장치에 관한 것이다.
테이프 캐스팅(Tape casting), 스크린 프린팅(Screen printing), 디스펜싱(Dispensing)은 모두 시트(sheet) 상에 막을 도포하는데 사용하는 방법이다.
테이프 캐스팅(tape casting)은 일반적으로 세라믹 시트(sheet)를 제조하는 범용적인 방법이다. 작게는 콘덴서용 세라믹 부품부터 크게는 용융탄산염 연료전지(MCFC)용 연료극(anode), 공기극(cathode), 전해질(electrolyte) 제조에도 사용된다. 즉, 테이프 캐스팅은 일정 두께의 세라믹 시트가 필요한 부품/장치의 구성요소를 제조하기 위해 사용된다.
스크린 프린팅(screen printing)은 분말 슬러리를 사용하여 일정 두께의 도막을 형성시키기 위한 공정으로서, 예컨대 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우에는 공기극(cathode) 도막 형성에 사용된다. 스크린 프린팅은 대부분의 분말 재료의 사용 가능한 공정이지만, 일반적으로는 세라믹 분말을 슬러리로 제조한 후 이를 표면 코팅용으로 사용한다.
디스펜싱(dispensing)은 다양한 형상의 막 도포가 요구되는 부품에 적용되는 공정이다. 예컨대, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우에는 수소와 산소가 혼합되지 않도록 하는 밀봉재의 패턴(pattern) 형성에 사용된다.
상술한 테이프 캐스팅(tape casting), 스크린 프린팅, 디스펜서(dispenser)를 통해 막을 도포하여 성형된 각각의 시트(sheet), 테이프(tape) 또는 성형체는 이후 용매를 휘발시키는 건조 단계를 거쳐 최종 제품으로 제조된다.
한편, 테이프 캐스팅은 1단계 분말 슬러리 투입, 2단계 일정 형성을 위한 블레이드(blade) 통과, 3단계 열풍 건조기 통과, 4단계 최종 그린 시트(green sheet) 제조를 통해 막이 도포된 시트를 제조하게 된다. 상기 단계들은 모두 하나의 라인에서 연속적으로 이루어지며, 최종 제조된 그린 시트는 롤(roll)에 말리게 된다. 이때, 상기 그린 시트의 막 두께 측정은 최종적으로 롤(roll)에 말리기 전에 실시되며, 그린 시트가 고정된 레이저 센서를 지나게 함으로써 실시간으로 두께 측정이 가능하다.
이에 반해, 스크린 프린팅과 디스펜싱은 연속된 공정을 통해 막 도포를 실시하는 것이 아니며, 원하는 부품에 일정 면적을 스크린 프린팅 하거나, 일정 패턴을 디스펜싱한 후, 건조하는 다음 공정을 거치게 된다. 이에 의해, 스크린 프린팅된 코팅층 또는 디스펜싱된 패턴은 상기 테이프 캐스팅에 의해 제조된 그린 시트와는 달리 다양한 형상을 갖고 있을 수 있다. 따라서, 상기 테이프 캐스팅 공정에 부착된 고정 레이저 센서와 같은 방식으로 실시간 막 두께를 측정하는데에 어려움이 있다.
또한, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱 기술을 통해 막을 도포한 후 건조 단계를 거치게 되면, 용매의 휘발로 인해 막의 두께가 초기 막을 도포하였을 때와 비교하여 변하게 되는데, 이러한 두께 변화는 막의 위치별로 균일하지 않으므로 결국 막의 균일성에 영향을 미친다.
따라서, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱에 의해 도포된 막의 두께를 실시간으로 측정할 수 있다면, 막 두께의 변화 및 막 균일성을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 나아가 건조조건을 확립할 수 있을 것이다.
현재, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱의 경우, 레이저 변위 센서 또는 마이크로미터를 이용하여 막을 도포한 직후에 막 두께를 측정하고, 건조 후에 다시 막 두께를 측정하는 방법이 이용되고 있을 뿐, 실시간으로 측정할 수 있는 방법은 현재까지 제안된 바가 없다.
본 발명의 일 측면은, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱을 통해 도포된 막의 건조시 막이 불균일해 지는 것을 방지하기 위해, 막의 두께를 실시간으로 측정하고, 막이 도포된 성형체들의 건조조건을 확립할 수 있는 막 두께 측정 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 광(레이저) 조사가 가능한 투명창을 구비하고, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 수용할 수 있는 수용 수단; 및 상기 수용 수단의 투명창을 통해 상기 성형체에 광(레이저)을 조사하고, 상기 막 또는 성형체로부터 반사된 광을 측정하는 레이저 센서를 포함하는 막 두께 측정 장치를 제공한다.
또한, 외부에 온도 조절 장치가 구비되고, 상부에 투명창이 구비된 수용 수단에 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 위치시키는 단계; 상기 수용 수단의 온도 조절 장치를 이용하여 상기 성형체를 건조시키고, 동시에 상기 성형체에 상기 투명창을 통해 광(레이저)을 조사하는 단계; 및 분광 센서를 통해 반사된 광(레이저)의 반사율을 측정하는 단계를 포함하는 막 두께 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 스크린프린팅 또는 디스펜서를 통해 도포된 막의 두께를 실시간으로 측정할 수 있으므로, 상기 실시간으로 측정된 데이터를 통해 막 두께의 균일성을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 막을 건조하는데에 최적의 조건을 확립할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 막 두께 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
본 발명자들은 스크린프린팅 또는 디스펜서를 통해 도포된 막의 건조시 막 균일성에 문제가 생기는 것을 해결하기 위한 방안을 깊이 연구한 결과, 레이저 센서를 통해 도포된 막의 두께를 실시간으로 측정할 수 있음을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치(100)는 광(레이저) 조사가 가능한 투명창(111)을 구비하고, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체 (130)를 수용할 수 있는 수용 수단(110); 및 상기 수용 수단의 투명창을 통해 상기 성형체에 광(레이저)을 조사하고, 상기 성형체로부터 반사된 광을 측정하는 레이저 센서(120)를 포함한다.
광(레이저)은 반도체, CO2, 헬륨-네온 등의 다양한 소스(source)로 발진되어 유도 방출되는 광으로서, 어떠한 소스를 통해 광(레이저)을 발진시키는 가에 따라 파장영역이 달라질 수 있다. 일반적으로, 레이저 변위 센서에서 적용되는 레이저는 red 레이저로서 파장대가 적외선 영역(약 750 nm)에 포함된다. 레이저 변위 센서는 레이저 발진기와 수광부로 구성되어 있으며, 조사하고자 하는 시편에 물리적 영향을 미치지 않으면서 측정하기에 적합한 레이저를 사용한다. 레이저는 다양한 출력과 파장을 가질 수 있는데, 단파장 레이저는 변위측정을 위해 수광할 때 산란이 많이 되어 측정이 힘든 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서도 장파장에 속하는 red 레이저를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 막 두께 측정 장치에 있어서, 수용 수단에 구비되는 투명창은 광(레이저) 조사가 가능한 재질이라면 어떤 것이든 가능하나, 바람직하게는 쿼츠(quartz)창이 사용될 수 있다.
상기 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 수용하는 수용 수단은 상술한 투명창 이외에도 온도 조절 수단(112)이 더 구비된다. 이는, 상기 성형체를 건조하기 위함이다.
상기 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체로는 예컨대, 고체 산화물 연료전지(SOFC)의 단위전지가 적용될 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 구성되는 수용 수단은 수용 수단 내에 위치하는 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 건조할 수 있을 뿐만 아니라, 이와 동시에 상기 성형체에 광(레이저) 조사를 조사할 수 있는 구조이다.
본 발명의 막 두께 측정 장치에 있어서, 레이저 센서는 일 예로서 광원, 분광 센서, 프로세서 및 기억장치를 포함할 수 있으며, 상기 구성에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 레이저 센서가 광원, 분광 센서, 프로세서 및 기억장치로 구성될 경우, 광원은 수용 수단의 투명창을 통해 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체에 광(레이저)을 수직으로 입사시키며, 분광 센서는 상기 성형체로부터 반사된 광을 흡수하는 역할을 한다.
기억 장치는 막 두께 마다의 반사율 분포의 표준값 및 막 두께 마다의 음영의 특성 변수의 표준값을 기억하는 장치이며, 프로세서는 상기 기억 장치에 기억된 막 두께 마다의 반사율 분포의 표준값 또는 막 두께 마다의 음영의 특성 변수의 표준값을 이용하여, 상기 분광 센서에 의해 측정된 반사율 분포로부터 측정된 대상면의 막 두께를 계산하는 역할을 한다. 이때, 표준값은 성형체를 제조하기 전, 즉 막을 도포하기 전에 측정된 값을 의미하며, 측정값은 성형체 제조 후, 즉 막을 도포한 후 측정된 값을 의미한다. 따라서, 성형체의 동일 지점에 대한 표준값 및 측정값을 비교함으로써 막 도포 전, 후의 두께를 비교할 수 있다.
또한, 상기 레이저 센서는 성형체의 형상에 맞게 이동 가능하도록 구비시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 막 두께 측정 장치는 막 두께 마다의 반사율 분포의 표준값 또는 막 두께 마다의 음영의 특성 변수의 표준값을 사용하여, 분광 센서에서 측정된 반사율 분포로부터 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체의 막 두께를 구하기 때문에, 반사율 분포에 명확한 극대 파장 또는 극소 파장이 존재하지 않는 경우라도 막 두께를 계산해낼 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치는 도포된 막을 건조함으로써 변화되는 막의 두께를 실시간으로 감지할 수 있으며, 따라서 도포된 막의 건조를 행함과 동시에 상기 막의 두께를 실시간으로 측정할 수 있다.
이하, 상기 막 두께 측정 장치를 이용하여 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체의 막 두께를 측정하는 방법에 대해 자세히 설명한다.
본 발명의 막 두께 측정 장치를 이용한 막 두께 측정 방법은, 외부에 온도 조절 장치가 구비되고, 상부에 투명창이 구비된 수용 수단에 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 위치시키는 단계; 상기 수용 수단의 온도 조절 장치를 이용하여 상기 성형체를 건조시키고, 동시에 상기 성형체에 상기 투명창을 통해 광(레이저)을 조사하는 단계; 및 분광 센서를 통해 반사된 광(레이저)의 반사율을 측정하는 단계를 포함하여 측정될 수 있다.
본 발명의 막 두께 측정 장치를 이용한 막 두께 측정 방법의 일 예로서, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체가 고체 산화물 연료전지(SOFC)의 단위전지일 경우, 전해질 위에 도포된 공기극(cathode)의 막 두께 변화를 실시간으로 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 먼저 연료극 지지체(anode support), 연료극 기능성 층(anode functional layer), 전해질(electrolyte) 및 공기극(cathode) 순으로 스크린 프린팅을 이용하여 공기극(cathode) 도막을 형성하고, 상기 단위전지를 외부에 온도 장치가 구비되고, 상부에 투명창이 구비된 수용 수단에 위치시킨다. 이후, 일정 온도(예컨대, SOFC일 경우 90~100℃)를 가하여 상기 단위전지의 공기극을 건조 시키면서, 레이저 센서의 광원을 통해 광(레이저)을 조사하고, 건조에 의해 변화하는 공기극의 두께 변화를 실시간으로 모니터링 한다.
본 발명의 막 두께 측정 장치를 이용하면, 도포된 막의 건조와 동시에 막 두께를 실시간으로 측정할 수 있으므로, 막의 균일성을 실시간으로 파악할 수 있으며, 막 균일성의 측정을 바탕으로 최적 건조조건의 설정이 가능하다. 이러한, 막 두께 측정 장치는 다양한 크기의 성형막에도 적용가능하다.
100.....막 두께 측정 장치
110.....수용 수단
111.....투명창
112.....온도 조절 수단
120.....레이저 센서
130.....스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체
131.....도포된 막

Claims (6)

  1. 광(레이저) 조사가 가능한 투명창을 구비하고, 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 수용할 수 있는 수용 수단; 및
    상기 수용 수단의 투명창을 통해 상기 성형체에 광(레이저)을 조사하고, 상기 성형체로부터 반사된 광을 측정하는 레이저 센서
    를 포함하는 막 두께 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수용 수단의 투명창은 쿼츠(quartz)창으로 구성되고, 상기 성형체를 건조하기 위한 온도 조절 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스크린프린팅 또는 디스펜싱된 성형체는 고체 산화물 연료전지(SOFC)의 단위전지인 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 센서는 광원, 분광 센서, 프로세서 및 기억장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  5. 외부에 온도 조절 장치가 구비되고, 상부에 투명창이 구비된 수용 수단에 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체를 위치시키는 단계;
    상기 수용 수단의 온도 조절 장치를 이용하여 상기 성형체를 건조시키고, 동시에 상기 성형체에 상기 투명창을 통해 광(레이저)을 조사하는 단계; 및
    분광 센서를 통해 반사된 광(레이저)의 반사율을 측정하는 단계
    를 포함하는 막 두께 측정 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 스크린 프린팅 또는 디스펜싱된 성형체에 조사되는 광(레이저)은 수직으로 입사하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법.
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CN107782280A (zh) * 2017-10-20 2018-03-09 维沃移动通信有限公司 一种检测方法和移动终端

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