KR20180074250A - 용액내 미립자 검출용 화상검출장치 - Google Patents

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Abstract

유속이 있는 용액내에서 미립자의 형상을 실시간으로 검출할 수 있기 때문에 미립자의 입도 분포와 형상을 동시에 측정할 수 있도록, 용액이 흐르는 파이프에 설치되어 파이프 내부를 흐르는 용액 내 미립자를 촬영하는 카메라; 상기 카메라에 대해 확장 튜브를 매개로 연결설치되어 파이프의 용액에 잠겨지도록 파이프에 설치되는 렌즈; 상기 렌즈 선단부에 연결되어 파이프 내부의 용액에 잠겨져 설치됨으로써 용액의 유속을 감소시켜 용액내에 있는 미립자가 잠시 머물다 지나갈 수 있는 버퍼 공간을 갖는 버퍼부; 및 상기 버퍼부에 설치되어 버퍼부 내부로 유속이 있는 용액 내의 미립자 형상만 검출되도록 빛을 조사하는 조명부를 포함하는 용액내 미립자 검출용 화상검출장치를 제공한다.

Description

용액내 미립자 검출용 화상검출장치{APPARATUS OF IMAGE DETECTOR FOR DETECTING PARTICULATE IN LIQUID}
유속이 있는 용액내에서 미립자 검출이 가능한 화상검출장치를 개시한다.
유체 중에 존재하는 미립자를 검출하는 여러가지 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 직접 검경법에서는, 여과막에서 피측정수를 여과했을 때에 여과막 상에 포착되는 미립자가 광학 현미경이나 주사형 전자현미경을 사용하여 검출된다.
상기 직접 검경법은, 피측정 유체의 압력이 여과막이나 그것을 유지하기 위한 용기에 직접 작용하기 때문에, 피측정 유체가 고압이면 여과막이나 필터 홀더가 내압 한계를 초과해버린다. 그래서 고압 유체를 그대로 도입하기는 곤란하다.
반면에, 고압 유체인 채로 직접 검경법을 실시하는 기술에 따르면, 고압 유체가 흐르는 배관에 2 군데의 분기 배관을 형성하고, 이들 분기 배관이 필터 홀더의 양측에 접속된다. 필터는 양면으로부터 고압 유체의 압력을 받기 때문에, 압력이 상쇄되어 필터나 필터 홀더에 큰 압력이 가해지는 것이 방지된다.
다른 방법으로서 레이저광의 산란을 이용하여 미립자를 검출하는 미립자 카운터법(PC 법)이 알려져 있다. 피측정 유체는 플로우 셀이라고 하는 광 투과성의 중공 부재 내를 통과된다. 플로우 셀의 측면에 레이저광이 조사되어 플로우 셀을 사이에 둔 반대측의 위치에 설치된 광전 변환기가 레이저광의 산란광을 검출하여, 미립자의 입경 및 개수를 측정한다. 플로우 셀에는 에어로졸 상태의 미립자가 도입되어도 되고(건식 PC 법), 미립자를 함유하는 액체가 도입되어도 된다(습식 PC 법).
PC 법은 온라인에서의 평가가 가능하여 신속한 계측이 용이하다. 그러나, 플로우 셀은 석영이나 사파이어 등의 특수한 재료를 사용하고 있기 때문에 내압 성능을 높이기 어렵다.
그러므로, 일반적으로 용액내에 있는 미립자(particulate)의 입도를 측정하기 위해 기존에는 측정자가 직접 용액 샘플을 취득하여 입도 분석기를 활용하여 미립자의 입도를 측정할 수 있다.
상기 입도 분석기는 레이저 빔이 미립자에 닿았을 때 발생되는 산란 스펙트럼을 분석하여 입자 크기 분포을 얻을 수 있고, 아래의 식을 통한 미 산란 이론(Mie scattering theory)을 기반으로 작동된다.
Figure pat00001
f: 렌즈의 초점거리
λ: 광원의 파장
J1: 1차 베셀 함수
Figure pat00002
θ: 산란각
그리고, 미립자 형상을 측정하기 위해 주사전자현미경(SEM) 장비를 사용하여 미립자의 형태적 특징(morphological feature)을 측정할 수 있지만 주사전자현미경(SEM) 측정 중 발생되는 용액내 미립자의 성장 현상을 모니터링 할 수 없어 그 실효성이 떨어진다.
다시말하자면, 입도 분석기는 입도 분포를 측정할 수 있지만 미립자의 형상에 대한 형태적 특징(morphological feature)을 얻을 수 없고 기존 주사전자현미경(SEM) 방식으로 이미지 형상을 검출하면 측정 시간이 소요되어 그 기간 동안 용액내 미립자의 성장 형상을 모니터링할 수 없어 실시간 측정이 어려운 실정이다.
유속이 있는 용액내에서 미립자의 형상을 실시간으로 검출할 수 있기 때문에 미립자의 입도 분포와 형상을 동시에 측정할 수 있도록 된 용액내 미립자 검출용 화상검출장치를 제공한다.
용액내 미립자 검출용 화상검출장치는, 용액이 흐르는 파이프에 설치되어 파이프 내부를 흐르는 용액 내 미립자를 촬영하는 카메라; 상기 카메라에 대해 확장 튜브를 매개로 연결설치되어 파이프의 용액에 잠겨지도록 파이프에 설치되는 렌즈; 상기 렌즈 선단부에 연결되어 파이프 내부의 용액에 잠겨져 설치됨으로써 용액의 유속을 감소시켜 용액내에 있는 미립자가 잠시 머물다 지나갈 수 있는 버퍼 공간을 갖는 버퍼부; 및 상기 버퍼부에 설치되어 버퍼부 내부로 유속이 있는 용액 내의 미립자 형상만 검출되도록 빛을 조사하는 조명부를 포함한다.
상기 조명부는 상기 렌즈가 동심원의 중심을 이루도록 렌즈 외측에 배치되면서 미립자 형상의 검출을 위해 특정 파장영역만의 빛을 조사하는 구조이다.
상기 버퍼부의 버퍼 공간은 그 깊이의 중앙부 수평지점인 시험체 평면 위치에 고정이 되도록 상기 렌즈와의 물리적 거리가 정확히 유지되게 배치되는 구조이다.
상기 버퍼부의 바닥은 상기 조명부에서 용액에 조사하는 빛의 굴절을 최소화할 수 있도록 오목 미러로 구성된다.
상기 버퍼부는 그 내부에 버퍼 공간이 형성된 케이스와, 이 케이스의 일측에 형성되어 용액이 버퍼 공간으로 유입되게 하는 인렛 홀 및, 상기 케이스의 타측에 형성되어 버퍼 공간에 유입된 용액이 케이스 외부로 유출되게 하는 아웃렛 홀을 포함한다.
상기 버퍼부는 상기 케이스 내부의 버퍼 공간에서 용액의 유속이 감속되도록 미세한 크기의 상기 인렛 홀과 아웃렛 홀이 직선형태로 연결된 구조이다.
상기 버퍼부는 상기 케이스 내부의 버퍼 공간에서 용액의 유속이 감속되도록 용액이 상기 인렛 홀의 공간으로 바로 진입되지 않도록 진입통로가 여러 방향을 거치도록 된 구조이다.
상기 버퍼부는 상기 인렛 홀의 직경과 상기 아웃렛 홀의 직경이 서로 다르게 형성되는 구조이다.
상기 버퍼부의 상기 인렛 홀이 상기 아웃렛 홀 보다 그 직경이 크게 형성되는 구조이다.
본 장치에 따르면, 유속이 있는 용액내에서 실시간으로 미립자의 형상을 검출할 수 있어 미립자의 입도 분포와 형상을 동시에 측정할 수 있고, 이에 따라 공정 제어 인자로 활용할 수 있는 데이터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 용액내 미립자 검출용 화상검출장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 화상검출장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 버퍼부의 버퍼 공간 위치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 용액에 조사된 빛의 굴절을 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 화상검출장치의 버퍼부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 화상검출장치의 버퍼부가 갖는 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 용액내 미립자 검출용 화상검출장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 화상검출장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 유속이 있는 용액내에서 실시간으로 미립자의 측정이 가능한 미립자 검출용 화상검출장치를 개시한다.
본 실시예에서, 용액내 미립자 검출용 화상검출장치는, 용액이 흐르는 파이프(1)에 설치되어 파이프(1) 내부를 흐르는 용액 내 미립자를 촬영하는 카메라(10); 상기 카메라(10)에 대해 확장 튜브(20)를 매개로 연결설치되어 파이프(1)의 용액에 잠겨지도록 파이프에 설치되는 렌즈(30); 상기 렌즈(30) 선단부에 연결되어 파이프(1) 내부의 용액에 잠겨져 설치됨으로써 용액의 유속을 감소시켜 용액내에 있는 미립자가 잠시 머물다 지나갈 수 있는 버퍼 공간(50a)을 갖는 버퍼부(50); 및 상기 버퍼부(50)에 설치되어 버퍼부(50) 내부로 유속이 있는 용액 내의 미립자 형상만 검출되도록 빛을 조사하는 조명부(40)를 포함한다.
상기 카메라(10)는 하우징(11)에 의해 그 기밀이 유지될 수 있다.
또한, 상기 카메라(10)는 확장 튜브(20)와 연결되어 상기 렌즈와의 거리를 조절할 수 있다.
또한, 상기 조명부(40)는 상기 버퍼부(50) 내부로 빛을 조사해야 하기 때문에 버퍼부(50) 내부에 설치되거나 버퍼부(50) 위쪽에 설치될 수 있고, 이 경우 상기 버퍼부(50)는 빛이 투과될 수 있는 재질이 바람직하다.
즉, 상기 화상검출장치는 카메라(10)와 렌즈(30)와 버퍼부(50) 및 조명부(40)로 구성되어 용액이 흐르는 파이프(1) 내부의 용액내 미립자를 검출하기 위하여 렌즈(30)와 버퍼부(50) 및 조명부(40)가 파이프(1) 내부에 삽입설치된다.
또한, 상기 조명부(40)는 상기 렌즈(30)가 동심원의 중심을 이루도록 렌즈(30) 외측에 배치되면서 미립자 형상의 검출을 위해 특정 파장영역만의 빛을 조사한다.
여기서, 상기 화상검출장치는 그 길이가 대략 120mm 정도인 상기 확장 튜브(20)가 상기 렌즈(30)에 결합된다.
상기 버퍼부(50)는 흐르는 용액이 버퍼 공간(50a) 내부에서 잠시 머물도록 함으로써 그 머무는 순간에 상기 카메라(10)를 이용하여 용액내의 미립자를 촬영하게 된다.
도 3은 본 실시예에 따른 버퍼부의 버퍼 공간 위치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼부(50)의 버퍼 공간(50a)은 그 깊이의 중앙부 수평지점인 시험체 평면(OP : Object Plane) 위치에 고정이 되도록 상기 렌즈(30)와의 물리적 거리가 정확히 유지되게 배치되는 구조이다.
즉, 상기 렌즈(30)를 활용할 경우 심도(depth of field)의 영향이 측정 대상체의 초점에 영향을 크게 미치기 때문에 상기 버퍼 공간(50a)은 시험체 평면 위치에 고정되도록 렌즈(30)와의 물리적 거리가 정확하게 유지되도록 설계되어야 한다.
상기 심도는 시스템의 순간 판독 부위의 결과와 시스템에서 시험체까지 규정된 거리에 부합하는 시험체 평면에서의 치수를 말한다.
도 4는 본 실시예에 따른 용액에 조사된 빛의 굴절을 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 화상검출장치의 버퍼부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.(도면에서 (a)는 버퍼부의 측면 형상이고, (b)는 버퍼부의 평면 형상임)
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼부(50)의 바닥은 상기 조명부(40)에서 용액에 조사하는 빛의 굴절을 최소화할 수 있도록 오목 미러(51)로 구성된다.
즉, 용액에 빛을 조사하게 되면 굴절이 발생하게 되고, 이는 화상을 획득하는 입장에서 미립자의 형상 왜곡이 발생하게 되며, 이를 최소화 하기 위해 상기 버퍼부(50)의 바닥에 상기 오목 미러(51)를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 버퍼부(50)는 그 내부에 버퍼 공간(50a)이 형성된 케이스(52)와, 이 케이스(52)의 일측에 형성되어 용액이 버퍼 공간(50a)으로 유입되게 하는 인렛 홀(53) 및, 상기 케이스(52)의 타측에 형성되어 버퍼 공간(50a)에 유입된 용액이 케이스(52) 외부로 유출되게 하는 아웃렛 홀(54)을 포함할 수 있다.
상기 버퍼부(50)는 상기 케이스(52) 내부의 버퍼 공간(50a)에서 용액의 유속이 감속되도록 버퍼 공간(50a)과 상기 인렛 홀(53) 및 아웃렛 홀(54)이 형성되는 구조이다.
그러므로, 용액내에 있는 미립자의 움직임을 최소화하여 미립자의 형상이 명확하게 나타날 수 있도록 하기 위해서는 유속의 흐름을 감소시켜야 하는 바, 이를 구현하기 위해 용액이 유입 및 유출되는 상기 버퍼부(50)의 입/출구를 홀 타입으로 설계하는 것이 바람직하고, 상기 버퍼 공간(50a)에 유입되는 용액의 양, 즉 용액 부피가 최대를 이룰 수 있도록 상기 버퍼부(50)를 설계함으로써 용액의 유속을 감속시키는 공간을 확보할 수 있다.
상기 버퍼부(50)는 상기 케이스(52) 내부의 버퍼 공간(50a)에서 용액의 유속이 감속되도록 미세한 크기의 상기 인렛 홀(53)과 아웃렛 홀(54)이 직선형태로 연결된 구조이다.
도 6은 본 실시예에 따른 화상검출장치의 버퍼부가 갖는 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.(도면에서 (a)는 버퍼부의 측면 형상이고, (b)는 버퍼부의 평면 형상임)
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼부(50)는 상기 케이스(52) 내부의 버퍼 공간(50a)에서 용액의 유속이 감속되도록 용액이 상기 인렛 홀(53)의 공간으로 바로 진입되지 않도록 진입통로가 여러 방향을 거치도록 된 구조이다.
상기 버퍼부(50)는 상기 인렛 홀(53)의 직경(a)과 상기 아웃렛 홀(54)의 직경(b)이 서로 다르게 형성되는 바, 상기 버퍼부(50)의 상기 인렛 홀(53)이 상기 아웃렛 홀(54) 보다 그 직경이 크게 설계될 수 있다.
또한, 상기 버퍼부(50)의 버퍼 공간(50a)은 상기 케이스(52)의 체적과 대비하여 그 체적이 크거나 혹은 작도록 설계될 수 있다.
즉, 상기 파이프(1) 내부에 삽입된 렌즈(30)에서 용액의 미립자가 카메라(10) 화면에 촬영되기 위해서는 용액이 상기 버퍼부(50)로 흘러들어가야 하는 바, 이때 용액 유속이 빠르면 특정 크기 이하의 미립자인 경우, 이미지 촬영이 되지 않거나 형상 블러링(blurring) 즉, 형상이 흐리게 보임으로써 정확한 크기를 측정할 수 없기 때문에, 이를 위해 상기 버퍼부(50)의 내부 구조를 다양하게 변경시켜 용액 유속을 감속시킴으로써 미립자가 잘 보이는 구조로 설계할 수 있다.
그러므로, 상기와 같이 미립자가 잘 보이게 하기 위하여 상기 버퍼부(50)의 내부 설계를 복잡하게 할 수 있는 바, 상기 인렛 홀(53)의 직경 크기와 아웃렛 홀(54)의 직경 크기를 달리하여 유속의 흐름을 느리게 하는 구조로 설계될 수 있고, 상기 버퍼 공간(50a)의 크기 또한 달리 설계될 수 있다.
따라서, 유속이 있는 용액내에서 실시간으로 미립자의 형상을 검출할 수 있어 미립자의 입도 분포와 형상을 동시에 측정할 수 있고, 이에 따라 공정 제어 인자로 활용할 수 있는 데이터를 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
1 : 파이프 10 : 카메라
11 : 하우징 20 : 확장 튜브
30 : 렌즈 40 : 조명부
50 : 버퍼부 50a : 버퍼 공간
51 : 오목 미러 52 : 케이스
53 : 인렛 홀 54 : 아웃렛 홀

Claims (9)

  1. 용액이 흐르는 파이프에 설치되어 파이프 내부를 흐르는 용액 내 미립자를 촬영하는 카메라;
    상기 카메라에 대해 확장 튜브를 매개로 연결설치되어 파이프의 용액에 잠겨지도록 파이프에 설치되는 렌즈;
    상기 렌즈 선단부에 연결되어 파이프 내부의 용액에 잠겨져 설치됨으로써 용액의 유속을 감소시켜 용액내에 있는 미립자가 잠시 머물다 지나갈 수 있는 버퍼 공간을 갖는 버퍼부; 및
    상기 버퍼부에 설치되어 버퍼부 내부로 유속이 있는 용액 내의 미립자 형상만 검출되도록 빛을 조사하는 조명부를 포함하는 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부는 상기 렌즈가 동심원의 중심을 이루도록 렌즈 외측에 배치되면서 미립자 형상의 검출을 위해 특정 파장영역만의 빛을 조사하는 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼부의 버퍼 공간은 그 깊이의 중앙부 수평지점인 시험체 평면 위치에 고정이 되도록 상기 렌즈와의 물리적 거리가 정확히 유지되게 배치되는 구조의 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼부의 바닥은 상기 조명부에서 용액에 조사하는 빛의 굴절을 최소화할 수 있도록 오목 미러로 구성되는 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼부는 그 내부에 버퍼 공간이 형성된 케이스와, 이 케이스의 일측에 형성되어 용액이 버퍼 공간으로 유입되게 하는 인렛 홀 및, 상기 케이스의 타측에 형성되어 버퍼 공간에 유입된 용액이 케이스 외부로 유출되게 하는 아웃렛 홀을 포함하는 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 케이스 내부의 버퍼 공간에서 용액의 유속이 감속되도록 미세한 크기의 상기 인렛 홀과 아웃렛 홀이 직선형태로 연결된 구조의 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 케이스 내부의 버퍼 공간에서 용액의 유속이 감속되도록 용액이 상기 인렛 홀의 공간으로 바로 진입되지 않도록 진입통로가 여러 방향을 거치도록 된 구조의 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 인렛 홀의 직경과 상기 아웃렛 홀의 직경이 서로 다르게 형성되는 구조의 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 버퍼부의 상기 인렛 홀이 상기 아웃렛 홀 보다 그 직경이 크게 형성되는 구조의 용액내 미립자 검출용 화상검출장치.
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