KR20160048515A - 관 내부 검사 장치 - Google Patents

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KR20160048515A
KR20160048515A KR1020140145326A KR20140145326A KR20160048515A KR 20160048515 A KR20160048515 A KR 20160048515A KR 1020140145326 A KR1020140145326 A KR 1020140145326A KR 20140145326 A KR20140145326 A KR 20140145326A KR 20160048515 A KR20160048515 A KR 20160048515A
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노지환
강희신
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 관 내부 검사 장치는 광원, 제1 광원으로부터 발생된 제1 광이 지나가는 광 경로 상에 위치하며 상기 제1 광을 내부가 빈 고리형으로 변화시키는 광 마스크, 광 마스크와 일직선 상에 위치하는 제1 반사 부재 및 제2 렌즈, 제2 렌즈와 일직선 상에 위치하며 원뿔형의 제2 반사 부재, 제1 반사 부재에 의해서 반사되는 광이 전달되는 위치에 설치되는 제2 렌즈, 제2 렌즈와 일직선 상에 위치하며 제2 렌즈를 통과한 광을 영상화하는 카메라를 포함한다.

Description

관 내부 검사 장치{APPARATUS FOR INTERNAL INSPECTION OF PIPE}
본 발명은 검사 장치로, 특히 관의 내부 결함을 검사할 수 있는 관 내부 검사 장치에 관한 것이다.
엔진, 보일러, 배관, 열교환기, 튜브, 발전기, 실린더, 용기, 탱크 등의 원통 형상의 피검사물은 의료용 내시경과 같은 원리로 원통 형상의 피검사물을 해체, 분해, 절단하지 않고 외부에서 검사 장치를 피검사물 내부로 삽입하여 검사한다.
구체적으로, 검사 장치의 선단부를 구멍에 삽입시켜 광을 조사하고 카메라를 통하여 영상을 획득함으로써 중공관 내벽에 잔류하는 이물질에 의한 오염 정도, 긁힘 그리고 도금 상태 등을 검사하게 된다.
이때, 원통의 피검사물의 내벽을 조사하기 위해서는 원통 내부 형상을 따라서 반사부가 회전하면서 광을 조사하게 된다.
이처럼, 반사부가 회전하는 경우, 반사부의 회전에 의해서 초점 등이 변화될 수 있으므로 정확한 반사 영상을 측정하기가 용이하지 않다. 또한, 반사부를 회전하기 위한 구동부를 필요로 검사 장치의 크기가 증가하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 검사 장치의 크기를 증가시키지 않으면서도, 정확한 영상을 획득하여 결함을 분석할 수 있는 관 내부 검사 장치를 제공하는 것이다.
따라서 본 발명의 한 실시예에 따른 관 내부 검사 장치는 광원, 제1 광원으로부터 발생된 제1 광이 지나가는 광 경로 상에 위치하며 상기 제1 광을 내부가 빈 고리형으로 변화시키는 광 마스크, 광 마스크와 일직선 상에 위치하는 제1 반사 부재 및 제2 렌즈, 제2 렌즈와 일직선 상에 위치하며 원뿔형의 제2 반사 부재, 제1 반사 부재에 의해서 반사되는 광이 전달되는 위치에 설치되는 제2 렌즈, 제2 렌즈와 일직선 상에 위치하며 제2 렌즈를 통과한 광을 영상화하는 카메라를 포함한다.
상기 광마스크, 제1 반사 부재, 제2 렌즈, 제2 반사 부재, 제2 렌즈 및 카메라가 수용되는 본체를 더 포함하고, 본체는 광마스크, 제1 반사 부재, 제2 렌즈, 제2 렌즈 및 카메라를 수용하는 제1 본체, 제2 반사 부재를 수용하며 투명한 물질로 이루어지는 제2 반사 부재를 수용하는 제2 본체를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈는 포커스 렌즈이고, 제2 렌즈는 튜브 렌즈일 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 다른 관 내부 검사 장치는 본체, 본체에 수용되어 있으며, 일직선 상에 위치하는 제1 반사 부재 및 제1 렌즈, 본체에 수용되어 있으며, 제1 반사 부재에 의해서 반사되는 광이 전달되는 위치에 설치되는 제2 렌즈 및 카메라, 일직선 상에 위치하며 상면이 절단된 원뿔형의 제2 반사 부재, 제2 반사 부재가 안착되어 있는 지지 부재, 제2 반사 부재의 중심을 관통하며 지지 부재와 상기 본체를 연결하는 연결 막대, 제2 반사 부재를 둘러싸며 지지 부재 위에 설치되어 있는 고리형의 제1 광원을 포함하고, 일직선 상에 위치하는 본체는 광이 투과되는 투과부를 가질 수 있다.
상기 일직선 상에 위치하며 상기 본체에 광을 입사시키는 제2 광원, 본체에 수용되어 있으며 상기 일직선 상에 위치하여 제2 광원으로부터 발생된 광을 내부가 빈 고리형으로 변화시키는 광마스크를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈는 포커스 렌즈이고, 제2 렌즈는 튜브 렌즈일 수 있다.
본 발명에서와 같이 반사 부재를 원뿔로 형성하면 관 내부를 검사하기 위해서 검사 장치를 회전시키지 않고, 한 번의 광 조사 만으로도 용이하게 관 내부의 결함을 측정할 수 있다.
따라서 반사부를 회전하기 위한 구동부 등이 필요 없으므로, 검사 장치의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 반사부가 회전하지 않으므로 회전에 따른 초점 변화를 고려하지 않아도 되므로 빠르고 정확하게 관 내부를 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 관 검사 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관 검사 장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 지지 부재, 제2 광원 및 제2 반사 부재의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 관 검사 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 관 검사 장치(1000)는 제1 광원(100), 광 마스크(20), 제1 렌즈(30) 및 제2 렌즈(40), 제1 반사 부재(50), 제2 반사 부재(60), 카메라(70) 및 구동부(300)를 포함한다.
광 마스크(20), 제1 렌즈(30) 및 제2 렌즈(40), 제1 반사 부재(50) 및 제2 반사 부재(60)는 본체(500) 내에 고정 설치되며, 이 중, 광 마스크(20), 제1 렌즈(30), 제1 반사 부재(50) 및 제2 반사 부재(60)는 제1 광원(100)에 의해서 발생되는 제1 광(L1)의 이동 경로 상에 배치된다.
제1 광원(100)은 제1 광(L1)을 발생시켜 본체(500)로 입사시키며, 레이저 다이오드(LD), 고출력 LED 등을 사용할 수 있다. 레이저 다이오드를 사용할 경우, 레이저의 파장 및 광량 등은 필요에 의해서 조절할 수 있다. 레이저 파장은 사람의 눈에 보이지 않는 적외선 영역을 사용할 수도 있고, 가시광선 영역을 사용하는 것도 가능하며, 사용되는 파장의 영역에 제한은 없다.
본체(500)는 광 마스크(20), 제1 렌즈(30) 및 제2 렌즈(40), 제1 반사 부재(50) 및 카메라(70)를 수용하는 제1 본체(55)와 제2 반사 부재(60)를 수용하는 제2 본체(57)를 포함한다.
제1 본체(55)는 광이 투과할 수 있도록, 유리 따위의 투명한 재질로 이루어지는 투과부(5)을 포함하고, 투과부(5)은 제1 광(L1)이 이동하는 광 경로 상에 위치한다. 투과부(5) 이외의 부분은 내부에 설치된 장치들을 보호하기 위해서, 금속으로 이루어질 수 있으며, 외부 광에 의한 영향을 최소화하기 위해서 불투명할 수 있다.
제2 본체(57)는 검사하고자 하는 관(800) 내부에 삽입되는 부분으로, 제1 광(L1)을 내벽으로 반사시키거나, 제1 광이 내벽에서 반사되어 제2 반사 부재(60)에 전달될 수 있도록 투명한 재질로 이루어지며, 유리 또는 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 이하에서는, 내벽에서 반사되어 제2 반사 부재(60)에 전달되는 광을 제2 광(L2)이라고 한다.
도 1에서는 제2 본체(57)만 관(800)에 삽입되는 것을 설명하였으나, 제1 본체(55)의 크기가 작은 경우, 제1 본체(55)도 제2 본체(57)와 함께 관(800)에 삽입될 수 있다.
광 마스크(20)는 본체(500)에 입사되는 제1 광(L1)이 처음으로 입사되도록 배치되어 있으며, 제1 광(L1)을 투과시키는 개구부와 광을 차단시키는 차단부를 포함한다. 제1 광(L1)은 개구부의 형상에 따라서 변형 될 수 있으며, 본 발명의 한 실시예에 따른 개구부는 원형의 고리일 수 있다. 따라서 광 마스크(20)를 지난 제1 광(L1)은 내부가 빈 원형의 고리가 된다.
한편, 광 마스크(20)는 제1 광(L1)을 둘러싸도록 형성된 광흡수 부재(22)를 더 포함할 수 있다. 제1 광(L1)은 광 마스크(20)에 의해서 산란되거나 회절될 수 있으며, 산란되거나 회절된 광은 광흡수 부재(22)로 흡수되어 제거된다.
제1 반사부재(50)는 제1 광(L1)은 통과시키고 제2 광(L2)은 반사시키는 하프 미러(half mirror)나 이에 동등한 기능을 가진 광학 요소로 구성된 것이고, 이러한 제1 반사 부재(50)를 통과한 제1 광(L1)은 제1 렌즈(30)를 통과한 후 제2 반사 부재(60)로 전달된다.
제1 렌즈(30)는 포커스 렌즈(focus lens)로 제2 반사 부재(60)의 중심에 정확하게 제1 광(L1)의 중심이 위치하도록 하며, 제1 광(L1)이 제2 반사 부재(60)의 측벽에 반사될 수 있도록 조절한다.
제2 반사 부재(60)는 관(800)의 내벽에 대해서 기울어진 측벽을 가지며, 원뿔형이다. 제2 반사 부재(60)는 제1 렌즈(30)를 통과한 제1 광(L1)을 관(800)의 내벽으로 반사시키고, 제1 광(L1)이 내벽에서 반사되어 나오는 제2 광(L2)을 제1 렌즈(30)로 반사시킨다.
제2 반사 부재(60)는 검사하고자 하는 관의 단면 형상에 따라서 다각형 뿔일 수 있다. 이때, 관의 단면 모양에 따라서 제1 광 또한 관의 단면 모양을 가지는 고리형일 수 있다. 예를 들어, 관의 단면 모양이 사각형일 경우 제2 반사 부재는 사각뿔 형상일 수 있고, 제1 광 또한 사각 고리형일 수 있다.
제2 렌즈(40)는 가이드관(도시하지 않음)을 포함하는 튜브 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(40)는 가이드관 내에 일정 간격을 두고 설치되어 가이드관 안으로 입사된 제2 광(L2)을 카메라(70)가 촬영할 수 있도록 이동시켜 전달한다.
카메라(70)는 제1 반사 부재(50)에 의해서 반사된 제2 광(L2)을 영상화한다. 카메라(70)는 라인 카메라(line camera), 에어리어 카메라(area camera), 고체촬상소자(CCD) 또는 CMOS 이미지 센서(CMOS image sensor) 일 수 있으며, 이외에도 검사 장치에 사용되는 다양한 이미지 캡쳐 수단이 이용될 수 있다.
카메라(70)에서 촬영한 영상은 카메라와 연결된 별도의 모니터(도시하지 않음)와 같은 출력 수단으로 확인할 수 있다.
한편, 구동부(300)는 본체(500)와 연결되어 제2 반사 부재(60)를 원통에 삽입하고, 본체를 X축 또는 Y축으로 이동시켜 원통의 중앙에 위치할 수 있도록 한다.
본 발명의 한 실시예에서와 같이, 관 검사 장치를 이용하면 관 내부의 결함을 용이하게 파악할 수 있다. 이하에서는 원통형 관(800)의 내부를 검사하는 것을 예로 들어 설명한다.
제1 광원(100)에서 발생된 제1 광(L1)이 투과부(5)를 통해서 본체(500)에 입사되면, 제1 광(L1)은 광 마스크(20)를 통과하면서 단면이 고리 모양인 튜브형 광으로 변화된다.
이후, 제1 광(L1)은 제1 반사 부재(50), 제1 렌즈(30)을 지나서 제2 반사 부재(60)에 입사된다.
이때, 제1 렌즈(30)를 이용하여 제1 광(L1)의 초점을 조절하고, 구동부(300)를 이용하여, 제1 광(L1)의 중심이 제2 반사 부재(60)의 중심과 일치하면서 고리형 광이 제2 반사 부재(60)의 측벽에 입사되도록 본체(500)를 조작한다.
제2 반사 부재(60)에 입사된 제1 광(L1)은 검사하고자 하는 관(800)의 내벽을 향해서 반사된다.
이후, 관(800)의 내벽에서 반사된 제2 광(L2)은 제2 반사 부재(60)로 입사된 후 반사되어 제1 렌즈(30)로 전달된다. 제2 광(L2)은 제1 렌즈(30)를 통과한 후 제1 반사 부재(50)에서 반사된 후 제2 렌즈(40)를 통해서 카메라(70)로 전달된다.
카메라(70)에 전달된 광으로부터 얻은 이미지를 분석하면, 관(800) 내벽의 결함을 알 수 있다.
즉, 제1 광(L1)은 단면이 원형 고리 모양인 광으로, 제2 반사 부재에 의해서 관(800)의 내벽으로 반사된다. 이때, 내벽에 결함이 없다면 원형 고리 모양 그대로 관(800) 내벽에서 반사 된 후 제2 반사 부재로 전달된 후, 카메라(70)로 전달된다. 따라서 카메라(70)로부터 획득한 제2 광(L2)의 형상은 제1 광(L1)의 형상과 동일하게 원형 고리 모양일 수 있다.
그러나 내벽에 결함이 있다면, 내벽에서 반사되어 나오는 제2 광(L2)의 반사각이 달라지게 되므로, 카메라(70)로부터 획득한 제2 광(L2)의 형상은 제1 광(L1)과 다른 모양을 가지게 된다.
이처럼, 본 발명의 한 실시예에서와 같이 관 검사 장치를 이용하면 반사 부재를 이동하거나 하지 않으면서도 용이하게 원통 내부의 결함을 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관 검사 장치의 단면도이고, 도 3은 도 2의 지지 부재, 제2 광원 및 제2 반사 부재의 평면도이다.
도 2의 관 검사 장치는 도 1의 관 검사 장치와 대부분 유사하므로, 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시한 관 검사 장치의 도 1에서와 달리 본체가 제2 본체를 포함하지 않는다.
도 2및 도 3을 참조하면, 제2 반사 부재(62)는 상면이 절단된 원뿔 형상으로 단면이 사다리꼴을 이룬다. 그리고 제2 반사 부재(62)는 상면의 중앙을 관통하는 관통 구멍을 가진다.
관통 구멍에는 연결 막대(64)가 삽입되어 있으며, 관통 구멍에 삽입된 연결 막대(64)의 일단은 본체(500)에 결합되어 있으며, 타단은 지지 부재(66)와 결합되어 있다.
연결 막대(64)는 관통 구멍의 내벽에 접촉하여 고정되어 있어 제2 반사 부재(62)가 연결 막대(64)를 따라서 이동하거나 하지 않는다.
제2 반사 부재(62)를 관내에 삽입할 경우, 구동부(300)에 의해서 본체(55)가 X축 및 Y축으로 이동하면서 검사하고자 하는 관의 내부로 삽입된다.
또한, 제2 반사 부재(62)는 본체(55)의 이동 없이, 연결 막대(64)만을 연장시켜 관내로 삽입할 수 있다. 이때, 연결 막대(64)는 복수의 부재(도시하지 않음)로 이루어지고, 각 부재는 슬라이딩되도록 결합되어 필요에 따라서 길이가 조절될 수 있다.
이처럼, 지지 부재(66) 위에 제2 반사 부재(62)를 안착시키고, 연결 막대(64)로 지지 부재와 본체를 연결시키면 도 1에서와 같이 투명한 물질로 이루어지는 제2 본체를 설치하지 않을 수 있다.
따라서, 광이 제2 본체를 통과하지 않고, 바로 관의 내벽으로 전달되므로 제2 본체에 의해서 광이 변화하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 지지 부재(66) 위에는 제2 반사 부재(62)를 둘러싸도록 고리형인 제2 광원(400)이 설치되어 있다. 제2 광원(400)은 고출력의 LED 조명일 수 있다.
이처럼, 제2 광원(400)을 설치하면 제2 광원(400)에서 발생되는 제3 광(L3)을 이용하여 관의 내벽을 검사할 수 있다.
제2 광원(400)으로부터 제3 광(L3)이 발생되면 바로 관의 내벽으로 조사된다. 이때, 제2 광원(400)은 고리형 광이므로, 도 1에서와 같이 별도의 광마스크를 거치지 않고 바로 관의 내벽으로 조사될 수 있다.
이후, 관의 내벽에서 반사되어 나오는 제4 광(L4)은 제2 반사 부재(62)에 전달되어 반사된 후 제1 렌즈(30)를 통과한 다음, 제1 반사 부재(50)에 반사된 후 제2 렌즈(40)를 통해서 카메라로 전달되어 영상화된다.
따라서, 카메라로 획득한 제4광(L4)을 분석하면, 내벽의 결함을 용이하게 파악할 수 있다.
즉, 내벽에 조사되는 제3광(L3)은 평면 모양이 원형 고리 모양인 광으로, 내벽에 결함이 없다면 제3 광(L3)의 평면 모양 그대로 관(800) 내벽에서 반사 된 후 제2 반사 부재로 전달된 후, 카메라(70)로 전달된다.
따라서 카메라(70)로부터 획득한 제4 광(L4)의 형상은 제3 광(L3)의 형상과 동일하게 원형고리 모양일 수 있다.
그러나 내벽에 결함이 있다면, 내벽에서 반사되어 나오는 제4 광(L4)의 반사각이 달라지게 되므로, 카메라(70)로부터 획득한 제4 광(L4)의 형상은 제3광(L3)과 다른 모양을 가지게 된다.
이처럼, 본 발명의 한 실시예에서와 같이 관 검사 장치를 이용하면 반사 부재를 이동하거나 하지 않으면서도 용이하게 원통 내부의 결함을 측정할 수 있다.
물론, 도 2의 관 검사 장치에서도 투과부(5)를 통해서 제1 광을 조사하여 내벽을 검사할 수 있다. 이처럼, 제1 광 및 제3 광을 이용하면 2회에 걸쳐 검사할 수 있으므로 좀 더 정확한 관 내벽의 결함을 파악할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
5: 투과부 20: 광마스크
22: 광흡수부재 30: 제1 렌즈
40: 제2 렌즈 50: 제1 반사 부재
55: 제1 본체 57: 제2 본체
60, 62: 제2 반사 부재 64: 연결 막대
66: 지지 부재 70: 카메라
100: 제1 광원 300: 구동부
400: 제2 광원 500: 본체
800: 검사 대상 관

Claims (6)

  1. 광원,
    상기 제1 광원으로부터 발생된 제1 광이 지나가는 광 경로 상에 위치하며 상기 제1 광을 내부가 빈 고리형으로 변화시키는 광 마스크,
    상기 광 마스크와 일직선 상에 위치하는 제1 반사 부재 및 제2 렌즈,
    상기 제2 렌즈와 일직선 상에 위치하며 원뿔형의 제2 반사 부재,
    상기 제1 반사 부재에 의해서 반사되는 광이 전달되는 위치에 설치되는 제2 렌즈,
    상기 제2 렌즈와 일직선 상에 위치하며 상기 제2 렌즈를 통과한 광을 영상화하는 카메라
    를 포함하는 관 내부 검사 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 광마스크, 제1 반사 부재, 제2 렌즈, 제2 반사 부재, 제2 렌즈 및 카메라가 수용되는 본체
    를 더 포함하고,
    상기 본체는 상기 광마스크, 제1 반사 부재, 제2 렌즈, 제2 렌즈 및 카메라를 수용하는 제1 본체,
    상기 제2 반사 부재를 수용하며 투명한 물질로 이루어지는 제2 반사 부재를 수용하는 제2 본체를 포함하는 관 내부 검사 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 렌즈는 포커스 렌즈이고,
    상기 제2 렌즈는 튜브 렌즈인 관 내부 검사 장치.
  4. 본체,
    상기 본체에 수용되어 있으며, 일직선 상에 위치하는 제1 반사 부재 및 제1 렌즈,
    상기 본체에 수용되어 있으며, 상기 제1 반사 부재에 의해서 반사되는 광이 전달되는 위치에 설치되는 제2 렌즈 및 카메라,
    상기 일직선 상에 위치하며 상면이 절단된 원뿔형의 제2 반사 부재,
    상기 제2 반사 부재가 안착되어 있는 지지 부재,
    상기 제2 반사 부재의 중심을 관통하며 상기 지지 부재와 상기 본체를 연결하는 연결 막대,
    상기 제2 반사 부재를 둘러싸며 상기 지지 부재 위에 설치되어 있는 고리형의 제1 광원
    을 포함하고,
    상기 일직선 상에 위치하는 상기 본체는 광이 투과되는 투과부를 가지는 관 내부 검사 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 일직선 상에 위치하며 상기 본체에 광을 입사시키는 제2 광원,
    상기 본체에 수용되어 있으며 상기 일직선 상에 위치하여 상기 제2 광원으로부터 발생된 광을 내부가 빈 고리형으로 변화시키는 광마스크
    를 더 포함하는 관 내부 검사 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 제1 렌즈는 포커스 렌즈이고,
    상기 제2 렌즈는 튜브 렌즈인 관 내부 검사 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101717730B1 (ko) * 2016-10-26 2017-03-17 (주) 진코퍼레이션 비전 검사 장치
KR101953853B1 (ko) * 2017-09-04 2019-03-04 주식회사 동양에프앤씨 배관용 이물질 측정 장치

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