KR20160053615A - 코팅 두께 측정 장치 및 방법 - Google Patents

코팅 두께 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

코팅 두께 측정 장치 및 방법이 개시된다. 상기 코팅 두께 측정 장치는 금속체의 코팅층 상부와 접촉하며 외부로부터 전력을 공급받는 제1전극과, 상기 제1전극과 일정 간격 이격되어 상기 코팅층 상부와 접촉하는 제2전극을 포함하는 센서 전극; 및 상기 제2전극에 흐르는 전류를 측정하는 전류센서; 및 상기 전류센서에서 측정한 전류값을 이용하여 상기 코팅층의 두께를 산출하는 MCU를 포함한다.

Description

코팅 두께 측정 장치 및 방법{DEVICE FOR THICKNESS MEASUREMENT OF COATING AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 코팅 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기저 재료의 보호를 목적으로 기저 재료에 형성되는 코팅의 두께를 측정하기 위한 코팅 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
기저재료를 보호하기 위하여 기저재료의 표면에 형성되는 각종 코팅은 정밀한 두께 관리가 요구된다. 기저재료 또는 기저재료가 구성하는 전체 구조물의 안전성에 코팅의 역할이 매우 중요하기 때문이다.
항공, 우주 등 첨단 분야의 재료들 뿐만아니라 자동차, 조선, 발전소, 철강 분야 등 기간 산업 분야에서도 코팅 두께의 품질관리는 안전성, 경제성 증가를 위한 필수 항목이다.
코팅 두께 측정은 대상 재료의 두께 범위와 재료, 재질의 특성에 따라 다양한 기술이 적용된다. 필요에 따라 측정 대상이 수 nm 범위의 박막일 수 도 있고 수 m의 판재가 될 수 도 있다. 코팅 두께 측정은 두께의 범위에 따라서 자기식, 와전류식, 형광 X선식, 현미경 방식, 측미계, 주사전자 현미경 등 다양한 방법이 적용되고 있다.
이 두께를 측정하는 기술 중에서 전자기법은 비파괴 적으로 빠르게 측정하는 기술로서 여러 산업 분야에서 사용된다. 전자기법의 코팅 두께 측정은 두가지 원리에 의하여 측정 된다. 하나는 와전류 방법이고 또 다른 하나는 자기력의 측정 방법이다. 와전류 방법은 비자성 금속 위의 비금속 코팅 두께 측정에 사용되며 자기력 측정 방법은 자성 금속 위의 비자성 물질 코팅 두께 측정에 사용된다.
와전류 또는 자기적 방법의 단점은 단점은 금속의 전기전도도와 자기투자율 차이에 따라서도 와전류의 세기 및 위상 또는 자속밀도가 변화하는데 있다. 즉 구리판에서 일정 거리 떨어진 지점에서의 와전류와 스텐레스 스틸 등 다른 종류의 금속판 위에서의 같은 거리에서의 와전류가 서로 다르다는 것이다. 따라서 완전히 동일한 전기전도도 또는 자기투자율이 동일한 표준 시편이 있어야 정확한 측정이 이루어진다. 그러나 검사 대상체와 완전히 동일한 물질의 표준시편은 현실적으로 거의 불가능하며, 특히 철판의 경우는 같은 표면상의 다른 위치에서도 자기적 성질도 서로 다르기 때문에 정확한 두께의 측정이 어려운 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기저재료의 종류에 관계없이 코팅의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 코팅 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 기저재료가 금속인 경우 금속의 전기전도도, 자기투자율 등의 성질에 영향을 받지 않고 코팅의 두께를 측정할 수 있는 코팅 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 기저재료에 대한 표준시편을 필요로 하지 않고 코팅의 두께를 측정할 수 있는 코팅 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 금속체의 코팅층 상부와 접촉하며 외부로부터 전력을 공급받는 제1전극과, 상기 제1전극과 일정 간격 이격되어 상기 코팅층 상부와 접촉하는 제2전극을 포함하는 센서 전극; 및 상기 제2전극에 흐르는 전류를 측정하는 전류센서; 및 상기 전류센서에서 측정한 전류값을 이용하여 상기 코팅층의 두께를 산출하는 MCU를 포함하는 코팅 두께 측정 장치를 제공한다.
전류값에 대응되는 코팅층의 두께 정보가 포함된 룩업 테이블을 저장하고 있는 데이터베이스를 더 포함하며, 상기 MCU는 상기 룩업 테이블을 이용하여 상기 코팅층의 두께를 산출할 수 있다.
상기 제2 전극은 판(plate)형상이며, 상기 제1전극은 상기 제2전극을 둘러싸는 링(ring)형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 금속체의 코팅층 상부에 접촉하는 제1전극에 교류전력을 인가하는 단계; 상기 제1전극과 일정 간격 이격되어 상기 코팅층 상부에 접촉하는 제2전극에 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및 상기 제2전극에 흐르는 전류값을 이용하여 상기 코팅층의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 코팅 두께 측정 방법을 제공한다.
상기 코팅층의 두께를 산출하는 단계는, 전류값에 대응되는 코팅층의 두께 정보가 포함된 룩업 테이블을 참조하여 산출할 수 있다.
본 발명인 코팅 두께 측정 장치 및 방법은 기저재료의 종류에 관계없이 코팅의 두께를 정밀하게 측정할 수 있고, 기저재료가 금속인 경우 금속의 전기전도도, 자기투자율 등의 성질에 영향을 받지 않고 코팅의 두께를 측정할 수 있으며, 기저재료에 대한 표준시편을 필요로 하지 않고 코팅의 두께를 측정할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 장치의 배치 단면도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 장치의 배치 평면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따라 측정된 전류값과 코팅층의 두께간의 관계를 설명하기 위한 그래프, 및
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 장치의 배치 단면도, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 장치의 배치 평면도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 장치는 센서 전극(10, 20), 전류센서(30), MCU(Micro Control Unit)(40) 및 데이터베이스(DB, Database)(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 센서 전극(10, 20)은 피보호 금속체(200)의 코팅층(100) 상부와 접촉하며 외부로부터 전력을 공급받는 제1전극(10)과, 제1전극(10)과 일정 간격 이격되어 코팅층(100) 상부와 접촉하는 제2전극(20)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 금속체(200)는 기저재료로서 임의의 금속물질을 의미할 수 있으며, 코팅층(100)은 기저재료인 금속체(200)를 보호하기 위하여 금속체(200)의 표면에 씌워지는 막을 의미할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 코팅층(100)은 비금속 물질로 형성될 수 있다.
제1전극(10)은 원형 링(ring) 형상으로 제2전극(20)을 감싸는 형상일 수 있다. 제1전극(10)은 어노드(anode)전극으로써 외부의 전원(60)으로부터 교류전력을 인가받을 수 있다.
제2전극(20)은 원반 형상으로 캐소드(cathode)전극 역할을 수행할 수 있다. 제1전극(10)에 교류전력이 인가되면 제1전극(10)과 제2전극(20)간에 전하가 축적되어 정전용량이 생성되며, 정전용량에 의하여 제1전극(10)에서 제2전극(20) 방향으로 전류가 흐르게 된다.
본 발명의 일실시예에서는 제1전극(10)은 원형의 링 형상으로, 제2전극(20)은 원반 형상임을 일예로 들고 있지만, 이와는 달리 제1전극(10)과 제2전극(20)이 임의의 판(plate) 형상을 하고 있으며, 제1전극(10)과 제2전극(20)이 코팅층(100)의 상부에서 일정 간격 이격되어 형성될 수 있음은 본 발명의 기술사상 범위에 포함된다 할 것이다.
전류센서(30)는 제2전극(20)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 전류센서(30)는 제2전극(20)에 직렬로 연결되어 제1전극(10)에서 제2전극(20)방향으로 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
표면이 비금속 물질로 코팅된 금속체(200)가 센서전극(10, 20)에 접근하면 제1전극(10)에서 제2전극(20) 방향으로 형성된 전기장은 금속체(200)에 의하여 상쇄된다. 따라서, 제1전극(10)에서 제2전극(20) 방향으로 흐르는 전류의 대부분은 접지되어 있는 금속체(200) 방향으로 흘러나가게 되며 제2전극(20)에는 미소량의 전류만이 흐르게 된다.
제1전극(10)에서 제2전극(20)으로 흐르는 전류의 양은 금속체(200)와 센서전극(10, 20)간의 거리에 따라 변화하게 된다. 따라서, 센서전극(10, 20)이 금속체 (200)표면의 코팅층(100)에 부착되어 있다면 제1전극(10)에서 제2전극(20)으로 흐르는 전류의 양은 코팅층(100)의 두께에 의하여 결정된다.
MCU(Micro Control Unit)(40)는 전류센서(30)에서 측정한 전류값을 이용하여 코팅층(100)의 두께를 산출할 수 있다.
데이터베이스(50)에는 전류값에 대응되는 코팅층(100)의 두께 정보가 포함된 룩업 테이블(Look-Up Table)이 저장되어 있다. MCU(40)는 데이터베이스(50)에 저장된 룩업 테이블을 이용하여 코팅층(100)의 두께를 산출할 수 있는데, 이 때 룩업 테이블은 금속체(200)의 종류와 상관없이 전류값과, 전류값에 대응되는 코팅층(100)의 두께 정보만을 저장하고 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 장치는 금속의 종류, 성질 등과 관계없이 코팅층의 두께에만 영향을 받는 전류값을 이용하여 룩업 테이블을 생성하여 저장하고 있기 때문에, 전류값이 측정되면 룩업 테이블을 참조하여 신속하게 코팅층의 두께를 산출할 수 있다.
또한, 금속의 종류, 성질에 관계없이 센서전극과 금속체의 거리에 의하여서만 전류값이 변하기 때문에 금속체와 동일한 성질의 표준시편 없이도 정확하게 코팅층의 두께를 산출할 수 있다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따라 측정된 전류값과 코팅층의 두께간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도3을 참조하면, 그래프의 가로축은 코팅층의 두께(㎛)를 나타내며, 세로축은 전류값(mA)을 나타낸다. 도3의 그래프를 보면, 금속체가 알루미늄(Aluminum)인 경우와 철(steel)인 경우 모두 동일한 곡선 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 전류센서에서 측정되는 전류값은 코팅층의 두께, 즉 센서전극과 금속체간의 거리에만 영향을 받으며 금속의 종류나 성질과는 관계가 없는 것을 확인할 수 있다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 두께 측정 방법의 순서도이다.
도4를 참조하면, 먼저 금속체의 코팅층 상부에 접촉하는 제1전극에 교류전력을 인가한다. 교류전력은 제1전극과 전기적으로 연결되어 있는 외부 교류 전원을 통하여 인가된다(S410).
다음으로, 제1전극과 일정 간격 이격되어 코팅층 상부에 접촉하는 제2전극에 흐르는 전류를 측정한다. 제2전극에 흐르는 전류는 제2전극과 직렬로 연결되어 있는 전류센서에 의하여 측정되며 측정된 전류값은 MCU로 전달된다(S420).
MCU는 제2전극에 흐르는 전류값을 이용하여 코팅층의 두께를 산출한다. 이 때, MCU는 데이터베이스에 저장된 룩업 테이블을 참조하여 코팅층의 두께를 산출한다(S430).
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 제1전극
20: 제2전극
30: 전류센서
40: MCU
50: 데이터베이스
60: 외부전원
100: 코팅층
200: 금속체

Claims (5)

  1. 금속체의 코팅층 상부와 접촉하며 외부로부터 전력을 공급받는 제1전극과, 상기 제1전극과 일정 간격 이격되어 상기 코팅층 상부와 접촉하는 제2전극을 포함하는 센서 전극; 및
    상기 제2전극에 흐르는 전류를 측정하는 전류센서; 및
    상기 전류센서에서 측정한 전류값을 이용하여 상기 코팅층의 두께를 산출하는 MCU를 포함하는 코팅 두께 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    전류값에 대응되는 코팅층의 두께 정보가 포함된 룩업 테이블을 저장하고 있는 데이터베이스를 더 포함하며,
    상기 MCU는 상기 룩업 테이블을 이용하여 상기 코팅층의 두께를 산출하는 코팅 두께 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 판(plate)형상이며, 상기 제1전극은 상기 제2전극을 둘러싸는 링(ring)형상으로 형성되는 코팅 두께 측정 장치.
  4. 금속체의 코팅층 상부에 접촉하는 제1전극에 교류전력을 인가하는 단계;
    상기 제1전극과 일정 간격 이격되어 상기 코팅층 상부에 접촉하는 제2전극에 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 제2전극에 흐르는 전류값을 이용하여 상기 코팅층의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 코팅 두께 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께를 산출하는 단계는,
    전류값에 대응되는 코팅층의 두께 정보가 포함된 룩업 테이블을 참조하여 산출하는 코팅 두께 측정 방법.
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