KR20190056516A - 테라헤르츠파를 이용한 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법 - Google Patents

테라헤르츠파를 이용한 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 테라헤르츠파를 이용하여 피검체 내부의 이물 등 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 테라헤르츠파를 이용하여 피검체 내의 결함을 검출하는 장치로서, 상기 피검체로 테라헤르츠파를 인가하는 테라헤르츠파 송신부; 상기 테라헤르츠파 송신부에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 수신부; 및 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구를 구비하여 상기 개구에 삽입되는 하나 이상의 피검체를 상기 테라헤르츠파 송신부 및 상기 테라헤르츠파 수신부의 사이에 위치시키는 피검체 배치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치를 개시한다.

Description

테라헤르츠파를 이용한 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING DEFECT IN OBJECT USING TERAHERTZ WAVES}
본 발명은 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 테라헤르츠파를 이용하여 피검체 내부의 이물 등 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
테라헤르츠파(Terahertz Wave)는 광파와 마이크로파의 중간 영역에 위치하는 전자기파로서, 일반적으로 0.1THz 내지 100THz 사이의 주파수를 가지는 전자기파를 말한다. 종래에는 테라헤르츠파 대역은 다른 파장 대역의 전자기파와 비교할 때 상대적으로 활용이 미진하여 테라헤르츠 갭(Terahertz Gap)이라고 불리기도 하였다.
그러나, 테라헤르츠파는 마이크로파와 광파의 중간적 성질로 마이크로파의 투과성과 광파의 직진성을 모두 가지고 있고, X-ray 에너지의 약 백만분의 일 수준의 낮은 에너지를 가지는 바 높은 안전성을 가지고 있어, 최근에는 의료, 보안 분야뿐만 아니라 제약, 식품, 정밀 산업 등 다양한 분야에서의 활용이 모색되고 있다.
보다 구체적으로, 최근 들어 제약 분야 등에서는 테라헤르츠파를 피검체로 인가하고 상기 피검체 내의 이물 등 결함(defect)에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출함으로써 상기 이물을 검출하는 방법이 시도되고 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2013-0114242호에서는 도 1에 볼 수 있는 바와 같이 대상물에 테라헤르츠파를 조사하고, 대상물로부터 산란된 테라헤르츠파를 검출함으로써, 상기 대상물의 표면에 위치하거나 내부에 들어있는 금속 이물 등을 검출하는 구성을 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같이 이물에 의하여 반사되는 테라헤르츠파를 검출하는 경우, 이물의 크기, 특성 등에 따라 반사율이 작아질 수 있으며, 이에 따라 이물의 검출이 어려워지는 한계를 가진다.
나아가, 상기 테라헤르츠파를 피검체로 인가하여 상기 피검체를 투과하는 테라헤르츠파를 수신하여 상기 피검체 내의 이물 등 결함을 검출하는 방법도 시도되고 있으나, 이러한 경우 상기 피검체의 가장자리(edge)에서의 상기 테라헤르츠파의 회절에 의하여 수신단에서 상기 피검체를 투과한 테라헤르츠파에 대한 간섭을 일으키면서 상기 피검체 내의 이물 등 결함을 검출하기가 어려워지는 문제가 따른다.
또한, 상기 피검체가 곡면 형상을 가지는 경우 등에는 상기 피검체를 투과하는 테라헤르츠파의 굴절도 초래할 수 있어, 상기 수신단에서 수신하는 테라헤르츠파 신호를 이용하여 상기 피검체 내의 이물 등 결함의 유무 및 위치를 결정하는데 더욱 어려움이 따르게 된다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0114242호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 알약 등 피검체 가장자리에서의 회절을 방지하여 상기 피검체 내의 이물 등 결함을 정확하게 검출할 수 있는 결함 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 피검체에서 발생할 수 있는 테라헤르츠파의 굴절을 억제하여 상기 피검체 내의 이물 등 결함의 유무 및 위치를 보다 정확하게 검출할 수 있는 결함 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 함에 있어서, 상기 피검체 내의 이물 등 결함을 검출함에 있어, 간단한 구조의 장치를 이용하여 신속하게 이물 등 결함을 검출할 수 있는 결함 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이물 검출 장치는, 테라헤르츠파를 이용하여 피검체 내의 결함을 검출하는 장치로서, 상기 피검체로 테라헤르츠파를 인가하는 테라헤르츠파 송신부; 상기 테라헤르츠파 송신부에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 수신부; 및 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구를 구비하여 상기 개구에 삽입되는 하나 이상의 피검체를 상기 테라헤르츠파 송신부 및 상기 테라헤르츠파 수신부의 사이에 위치시키는 피검체 배치부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 피검체 배치부의 두께는, 상기 피검체와의 접촉면에서의 상기 피검체의 두께와 동일한 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 피검체 배치부와 결합되어 평평한 구조를 이루도록 상기 개구에 삽입된 피검체를 감싸며, 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체와 동일한 유전율을 가지는 피검체 덮개를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 피검체 배치부에는, 상기 개구에 삽입되는 피검체가 미리 정해진 위치에 안착하도록 지지하는 피검체 안착부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 피검체 배치부에는 복수의 피검체가 삽입되는 복수의 개구가 구비되고, 상기 복수의 피검체를 검사하기 위하여 상기 피검체 배치부를 이동시키는 피검체 구동부가 더 포함될 수 있다.
이때, 상기 피검체 구동부에서는, 상기 피검체 배치부를 나선형 경로에 따라 이동시키면서 상기 복수의 피검체를 검사하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
또한, 상기 테라헤르츠파 수신부에서 수신된 신호를 미리 정해진 기준치와 대비하여 상기 피검체 내의 결함을 검출하는 결함 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 결함 검출 방법은, 테라헤르츠파를 이용하여 피검체 내의 결함을 검출하는 방법으로서, 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구를 구비하여 상기 개구에 삽입되는 하나 이상의 피검체를 테라헤르츠파 송신부 및 테라헤르츠파 수신부의 사이에 위치시키는 피검체 배치 단계; 및 상기 테라헤르츠파 송신부에서 상기 피검체로 테라헤르츠파를 인가하고, 상기 테라헤르츠파 수신부가 상기 테라헤르츠파 송신부에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 송수신 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 및 방법에서는, 피검체의 가장자리에서 발생할 수 있는 테라헤르츠파의 회절 및 상기 피검체를 투과하는 테라헤르츠파의 굴절을 억제하여 테라헤르츠파 수신부에서의 신호 왜곡을 방지함으로써, 피검체에 들어있는 이물 등 결함을 정확하게 검출할 수 있으며, 나아가 간단한 구조의 장치를 이용하여 신속하게 이물 등 결함을 검출할 수 있다는 효과를 가진다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 산란된 테라헤르츠파를 이용한 이물질 산출 장치의 구성도이다.
도 2 내지 도 5는 통상의 결함 검출 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 장치의 예시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 장치에서 피검체 배치부의 구조 및 그에 따른 성능 개선을 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 결함 검출 장치에서 피검체 배치부의 구조 및 그에 따른 성능 개선을 설명하는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 덮개를 구비하는 피검체 배치부의 구조 및 그에 따른 성능 개선을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 안착부를 구비하는 피검체 배치부의 구조를 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 크기의 피검체 배치부의 구조를 예시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 배치부에 대한 다양한 스캔 방법을 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 테라헤르츠파를 이용한 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법의 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다
또한, 아래에서는 본 발명의 일 실시예로서 테라헤르츠파를 이용하여 결함을 검출하는 피검체로서 주로 알약을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 다양한 종류의 피검체들이 폭넓게 적용될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법에 대한 구체적인 설명에 앞서, 이해를 돕기 위하여 본 발명에 대하여 개략적인 설명을 한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 피검체 내 결함 검출 장치 및 방법에 대하여 보다 자세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 2에서는 통상의 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치에서 피검체(200)에 테라헤르츠파를 인가하고 상기 피검체(200)를 투과한 테라헤르츠파를 수신하여 상기 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 검출하는 경우의 문제점을 설명하기 위한 도면을 예시하고 있다.
우선, 도 2(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 피검체(200)의 가장자리에 가까운 영역에서 테라헤르츠파를 인가하여 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 검출하는 경우, 상기 피검체(200)의 가장자리에서 회절이 발생(도 2(a)의 (A))하면서, 상기 피검체(200)를 투과한 테라헤르츠파 뿐만 아니라 상기 피검체(200)의 가장자리에서 회절된 테라헤르츠파도 상당한 크기로 테라헤르츠파 수신부(130)에 수신될 수 있다. 이에 따라, 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 상기 피검체(200)의 가장자리에서 회절된 회절파가 상기 피검체(200)를 투과한 투과파에 대한 간섭을 일으키면서, 상기 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 정확하게 검출하기가 어려워진다.
나아가, 도 2(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 피검체(200)가 곡면 형상을 가지는 경우, 상기 피검체(200)의 가장자리에서의 회절파(도 2(b)의 (A))에 더하여, 상기 곡면 형상에 의하여 상기 피검체(200)를 투과한 투과파의 굴절도 함께 발생(도 2(b)의 (B))하면서, 상기 피검체(200) 내의 이물 등 결함의 유무 및 위치를 정확하게 검출하기가 더욱 어려워질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3(a)의 평면 형상을 가지는 피검체(피검체-1)와, 도 3(b)의 곡면 형상을 가지는 피검체(피검체-2)에 대하여, 일측 가장자리에서 타측 가장자리 방향으로 테라헤르츠파 송신부(120)의 위치를 변경하면서 테라헤르츠파를 인가하고, 테라헤르츠파 수신부(130)에서 상기 피검체(200)를 투과한 테라헤르츠파를 수신하는 경우를 살펴 본다.
먼저, 평면 형상을 가지는 피검체(피검체-1)의 경우, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 피검체(200) 가장자리에서의 회절에 의하여 간섭이 발생하면서 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신하는 신호 파형이 왜곡되면서, 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 검출할 수 있는 영역이 가장자리의 영역을 제외하는 일부 영역으로 한정(도 4의 (A) 영역)되게 된다.
또한, 곡면 형상을 가지는 피검체(피검체-2)의 경우에는 피검체(200) 가장자리에서의 회절에 더하여 곡면 형상에 의한 투과파의 굴절이 더해지면서, 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 검출할 수 있는 영역이 더욱 한정(도 4의 (B) 영역)되게 된다.
나아가, 상기 피검체(200) 가장자리에서의 회절 및 상기 피검체(200)의 곡면 형상에 의한 굴절이 발생하는 경우, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체(200) 내의 이물 등 결함 유무와 관계없이 신호 파형에 요동(fluctuation)이 발생하면서, 상기 피검체(200) 내의 이물 등 결함의 유무를 판단하기가 어려워지게 된다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치 및 방법에서는, 피검체(200)의 가장자리에서 발생할 수 있는 테라헤르츠파의 회절 및 상기 피검체(200)를 투과하는 테라헤르츠파의 굴절을 억제하여 테라헤르츠파 수신부(130)에서의 신호 왜곡을 방지함으로써, 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 정확하게 검출할 수 있으며, 나아가 간단한 구조의 장치를 이용하여 신속하게 이물 등 결함을 검출할 수 있다는 효과를 가진다.
보다 구체적으로, 도 6에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치(100)의 구성을 도시하고 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치(100)는, 피검체(200)로 테라헤르츠파를 인가하는 테라헤르츠파 송신부(120), 상기 테라헤르츠파 송신부(120)에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 수신부(130), 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체(200)와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체(200)의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구(111)를 구비하여 상기 개구(111)에 삽입되는 하나 이상의 피검체(200)를 상기 테라헤르츠파 송신부(120) 및 상기 테라헤르츠파 수신부(130)의 사이에 위치시키는 피검체 배치부(110)를 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치(100)는 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신된 신호를 미리 정해진 기준치와 대비하여 상기 피검체(200) 내의 결함을 검출하는 결함 검출부(140)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치(100)를 각 구성 요소 별로 나누어 보다 자세하게 살핀다.
먼저, 테라헤르츠파 송신부(120)에서는, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 피검체(200)로 테라헤르츠파를 인가하게 된다.
이때, 상기 테라헤르츠파 송신부(120)는 상기 테라헤르츠파를 생성하는 테라헤르츠파 발생기(121)와 상기 생성된 테라헤르츠파를 상기 피검체(200)에 근접하는 영역까지 가이드(guide)하는 제1 도파기(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 테라헤르츠차 수신부(130)에서는, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 테라헤르츠파 송신부(120)에서 송신되어 상기 피검체(200)나 상기 피검체 배치부(110) 등을 거쳐 전송되는 테라헤르츠파를 수신하게 된다.
이때, 상기 테라헤르츠파 수신부(130)는 상기 피검체(200)나 상기 피검체 배치부(110) 등을 거쳐 전송된 테라헤르츠파를 상기 테라헤르츠파 수신기(131)로 가이드(guide)하는 제2 도파기(132)와, 상기 제2 도파기(132)를 거쳐 전송된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 수신기(131)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치(100)는 상기 테라헤르츠파 발생기(121)에서 발생된 테라헤르츠파를 상기 피검체(200)에 근접하는 영역까지 전달하여 방사하는 제1 도파기(122) 및 상기 피검체(200) 나 상기 피검체 배치부(110) 등을 거쳐 전송된 테라헤르츠파를 수집하여 상기 테라헤르츠파 수신기(131)로 전달하는 제2 도파기(132)를 구비하여 구성될 수도 있다.
이에 따라, 상기 피검체(200)를 투과한 테라헤르츠파는 상기 테라헤츠르파 송신부(120)의 반대측에 위치하는 테라헤르츠파 수신부(130)에 의하여 수신됨에 있어, 수신되는 테라헤르츠파 신호의 왜곡을 억제하여 상기 피검체(200)에 포함되는 이물 등 결함에 의한 신호의 변동을 보다 명확하게 검출할 수 있게 된다.
다음으로, 피검체 배치부(110)는 상기 피검체(200)의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구(111)를 구비하여 상기 개구(111)에 삽입되는 하나 이상의 피검체(200)를 상기 테라헤르츠파 송신부(120) 및 테라헤르츠파 수신부(130)의 사이에 위치시키게 된다.
이때, 상기 피검체 배치부(110)는 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체(200)와 동일한 유전율을 가지는 물질로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 피검체 배치부(110)는 상기 피검체(200)의 가장자리에서 발생할 수 있는 상기 테라헤르츠파의 회절을 방지하여, 상기 피검체(200)의 가장자리에서 회절된 회절파가 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 상기 피검체(200)를 투과한 투과파에 대한 간섭을 일으키는 것을 억제하고, 이에 따라 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 보다 정확하게 검출할 수 있게 한다.
나아가, 상기 피검체 배치부(110)에는, 상기 피검체 배치부(110)와 결합되어 평평한 구조를 이루도록 상기 개구(111)에 삽입된 피검체(200)를 감싸는 피검체 덮개(112)를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 피검체 덮개(112)는 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체(200)와 동일한 유전율을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 피검체 덮개(112)는 상기 피검체 배치부(110)와 결합되어 평평항 구조를 이루는 바, 상기 피검체(200)의 곡면 형상에서 나타날 수 있는 상기 테라헤르츠파의 굴절을 방지하여, 상기 피검체(200)의 곡면 형상에서 굴절된 테라헤르츠파에 의한 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서의 신호 왜곡을 억제하여 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 보다 정확하게 검출할 수 있게 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 이용한 피검체 내 결함 검출 장치(100)의 구체적인 실시예들을 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.
먼저, 도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 배치부(100)와 상기 피검체 배치부(110)의 개구(111)에 삽입된 피검체(200)를 예시하고 있다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 배치부(100)는 피검체(200)의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구(111)를 구비하고, 상기 개구(111)에 상기 피검체(200)가 안착되도록 하여 상기 피검체 배치부(110)가 상기 피검체(200)의 가장자리를 둘러 싸도록 함으로써, 상기 피검체(200)의 가장자리에서 발생할 수 있는 상기 테라헤르츠파의 회절을 억제할 수 있게 된다.
이에 따라, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체(200) 내에 이물 등 결함이 없는 경우에는 상기 피검체(200)의 중앙 영역(도 8(a)의 (A) 영역, 도 8(b)의 (B) 영역)에 대하여 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신된 테라헤르츠파 신호가 균일한(constant) 값을 가지게 되어, 상기 중앙 영역 내에는 이물 등 결함이 존재하지 않음을 확인할 수 있다.
덧붙여, 도 8(a)에서는 상기 피검체 배치부(110)의 재질이 상기 피검체(200)와 유전율 및 흡수율이 모두 동일한 경우에 대한 시뮬레이션 결과치를 예시하고 있으며, 도 8(b)에서는 상기 피검체 배치부(110)의 재질이 상기 피검체(200)와 유전율이 동일하고, 흡수율은 더 작은 경우에 대한 시뮬레이션 결과치를 예시하고 있다.
반면, 상기 피검체(200)의 중앙 영역(도 8(a)의 (A) 영역, 도 8(b)의 (B) 영역)을 제외한 가장자리 영역에서는 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신된 테라헤르츠파 신호가 상기 피검체(200)와 상기 피검체 배치부(110)의 접촉면에서의 두께 차이 등 불연속적인 형상에 의하여 테라헤르츠파의 굴절 등이 일어나면서 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신되는 신호 파형이 왜곡되어, 도 8(a) 및 도 8(b)에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 가장자리 영역 내에 이물 등 결함이 존재하는지 여부는 쉽게 판단하기 어렵다는 한계가 따른다.
이에 대하여, 도 9에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피검체 배치부(100)와 상기 피검체 배치부(110)의 개구(111)에 삽입된 피검체(200)를 예시하고 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피검체 배치부(100)에서는 피검체(200)의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구(111)를 구비하고, 상기 개구(111)에 상기 피검체(200)를 안착하되, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 피검체 배치부(200)의 두께는 상기 피검체(200)와의 접촉면에서의 상기 피검체(200)의 두께와 동일한 값을 가지도록 함으로써, 도 7의 경우와 같이 상기 피검체(200)와 상기 피검체 배치부(110)의 접촉면에서의 두께 차이 등 불연속적인 형상에 의한 테라헤르츠파의 굴절 등을 억제하여 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서의 신호 파형의 왜곡을 방지하게 된다.
이에 따라, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체(200)에 이물 등 결함이 없는 경우, 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신된 테라헤르츠파 신호가 균일한 값을 가지게 되는 영역(도 10(a)의 (A) 영역, 도 10(b)의 (B) 영역)이 앞서 살펴본 도 8의 경우(도 8(a)의 (A) 영역, 도 8(b)의 (B) 영역)보다 넓어지게 되어, 보다 넓은 영역에 대하여 이물 등 결함의 존재 여부를 판단할 수 있게 된다.
덧붙여, 도 10(a)에서는 상기 피검체 배치부(110)의 재질이 상기 피검체(200)와 유전율 및 흡수율이 모두 동일한 경우에 대한 시뮬레이션 결과치를 예시하고 있으며, 도 10(b)에서는 상기 피검체 배치부(110)의 재질이 상기 피검체(200)와 유전율이 동일하고, 흡수율은 더 작은 경우에 대한 시뮬레이션 결과치를 예시하고 있다.
나아가, 도 11에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 덮개(112)를 구비하는 피검체 배치부(110)의 구조를 도시하고 있다. 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 덮개(112)는 상기 개구(111)에 삽입된 피검체(200)를 감싸면서 상기 피검체 배치부(110)와 결합되어 평평한 구조를 이루도록 할 수 있다. 이때, 상기 피검체 덮개(112)는 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체(200)와 동일한 유전율을 가지게 된다.
이에 따라, 상기 피검체(200)의 곡면 형상, 기울어진 형상 등을 감싸면서 평평한 구조를 이루도록 함으로써, 상기 곡면 형상, 기울어진 형상 등에 의하여 발생할 수 있는 테라헤르츠파의 굴절을 억제하여 테라헤르츠파 수신부(130)에서의 신호 왜곡을 방지함으로써, 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 정확하게 검출할 수 있게 된다.
이에 대하여, 도 12에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 피검체 덮개(112)를 구비하는 경우의 성능 개선을 보여주는 그래프를 예시하고 있다. 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체 배치부(110)에 상기 피검체 덮개(112)를 구비하는 경우, 상기 피검체(200) 가장자리에서의 회절에 의한 신호 왜곡 뿐만 아니라, 상기 피검체(200) 투과파에서의 굴절도 방지함으로써, 도 8 및 도 10과 달리 상기 피검체(200) 내부 뿐만 아니라 외부 영역에서도 신호 왜곡이 발생하지 않으며, 나아가 상기 피검체(200) 내에 이물 등 결함이 존재하는 경우 높은 정확도로 결함의 존재 여부 및 위치 등을 판단할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 배치부(110)에는, 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체 배치부(110)의 개구(111)에 삽입되는 피검체(200)가 미리 정해진 위치에 안착하도록 지지하는 피검체 안착부(113)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 피검체 안착부(113)는, 도 13(a)의 (A)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체(200)가 미리 정해진 위치에 안정적으로 안착될 수 있도록 하는 돌출부 등의 구조를 포함할 수 있으며, 나아가, 도 13(b)의 (B)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체(200)를 감싸면서 평평한 구조를 이룰 수 있도록 상기 피검체(200)의 형상에 대응하는 구조를 구비할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치(100)는, 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신된 신호를 미리 정해진 기준치와 대비하여 상기 피검체(200) 내의 결함을 검출하는 결함 검출부(140)를 더 포함할 수도 있다.
이에 따라, 상기 결함 검출부(140)에서는 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신된 테라헤르츠파의 세기를 미리 정해진 기준치와 대비하여 이물 등 결함의 포함 여부를 판단할 수 있게 된다.
이때, 상기 기준치는 피검체(200)의 형상, 두께, 재질 등에 따라 상수(constant)이거나 직선에 가까운 형태로 설정될 수도 있겠으나, 상기 피검체(200)를 투과하는 테라헤르츠파의 세기가 달라질 수 있는 형상이나 재질 등을 가지는 경우에는, 상기 피검체(200)의 형상 또는 구성 등을 고려하여 소정의 파형으로 설정될 수도 있다.
이에 따라, 상기 피검체(200)의 위치에 따라 수신되는 상기 테라헤르츠파의 신호 파형과 미리 정해진 기준 파형과의 차이가 미리 정해진 기준치를 벗어나는 경우 이물 등 결함이 포함된 것으로 판단할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치 및 방법에서는, 상기 피검체(200)의 위치에 따른 상기 수신된 테라헤르츠파 신호의 파형, 요동이 발생하는 위치 및 그 크기 등을 고려하여, 상기 피검체(200)의 어느 영역에 결함이 위치하고 있는지 산출할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체 배치부(110)는 도 14(a)에서 볼 수 있는 바와 같이 하나의 개구(111)를 구비하여 하나의 피검체(200)에 대한 검사를 수행할 수 있도록 구성될 수도 있으나, 도 14(b)나 도 14(c)에서 볼 수 있는 바와 같이 복수의 개구(111)를 구비하여 복수의 피검체(200)에 대한 검사를 동시에 또는 순차적으로 수행하도록 할 수도 있다.
이때, 상기 복수의 피검체(200)를 순차적으로 검사하기 위하여 상기 피검체 배치부(110)를 이동시키는 피검체 구동부(150)가 포함될 수 있다.
이에 따라, 상기 피검체 구동부(150)는 상기 복수의 피검체(200)의 배열을 고려하여, 상기 피검체 배치부(110)를 상하 및 좌우로 직선 운동시키면서(예를 들어, 도 15(a)의 (A)에서 상하 구동, 도 15(a)의 (B)에서 좌우 구동) 각 복수의 피검체(200)에 대한 결함 여부를 판단하거나(도 15(a)), 상기 피검체 배치부(110)를 나선형 방향으로 반복 이동시키면서 각 복수의 피검체(200)에 대한 결함 여부를 판단할 수도 있다(도 15(b)).
특히, 도 15(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 피검체 배치부(110)를 나선형 방향으로 반복 이동시키는 경우 미리 정해진 원운동 구간에 따라 반복 스캔하면서 각 복수의 피검체(200)에 대한 검사를 수행하게 되는 바, 직선 방향 이동의 경우와 달리 방향 전환을 위한 가감속 구간 제어가 불필요하고 진동 발생도 억제할 수 있어, 보다 빠르고 효율적인 검사가 가능하다는 장점을 가진다.
나아가, 필요에 따라서는, 도 15(c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 2차원 배열 센서(2D Array Sensor)를 구비하여 상기 복수의 피검체(200)의 일부 또는 전부에 대한 검사를 동시에 진행할 수도 있다.
또한, 도 16에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 방법의 순서도이다. 도 16에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 방법은, 테라헤르츠파를 이용하여 피검체(200) 내의 이물 등 결함을 검출하는 방법으로서, 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체(200)와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체(200)의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구(111)를 구비하여 상기 개구(111)에 삽입되는 하나 이상의 피검체(200)를 테라헤르츠파 송신부(120) 및 테라헤르츠파 수신부(130)의 사이에 위치시키는 피검체 배치 단계(S110) 및 상기 테라헤르츠파 송신부(120)에서 상기 피검체(200)로 테라헤르츠파를 인가하고, 상기 테라헤르츠파 수신부(130)가 상기 테라헤르츠파 송신부(120)에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 송수신 단계(S120)를 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 방법을 각 단계별로 나누어 살핀다. 다만, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 장치(100)와 겹치는 부분에 대해서는 추가적인 설명을 생략하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 방법의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
먼저, 상기 피검체 배치 단계(S110)에서는, 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체(200)와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체(200)의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구(111)를 구비하여 상기 개구(111)에 삽입되는 하나 이상의 피검체(200)를 테라헤르츠파 송신부(120) 및 테라헤르츠파 수신부(130)의 사이에 위치시키게 된다.
이때, 상기 피검체 배치부(110)의 두께는, 상기 피검체(200)와의 접촉면에서의 상기 피검체(200)의 두께와 동일한 값을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피검체 배치부(110)에는, 상기 개구(111)에 삽입되는 피검체(200)가 미리 정해진 위치에 안착하도록 지지하는 피검체 안착부(113)가 구비될 수 있다.
나아가, 상기 피검체 배치부(110)와 결합되어 평평한 구조를 이루도록 상기 개구(111)에 삽입된 피검체(200)를 감싸며, 상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체(200)와 동일한 유전율을 가지는 재질로 구성되는 피검체 덮개(112)가 구비될 수도 있다.
또한, 상기 테라헤르츠파 송수신 단계(S120)에서는, 상기 테라헤르츠파 송신부(120)에서 상기 피검체(200)로 테라헤르츠파를 인가하고, 상기 테라헤르츠파 수신부(130)가 상기 테라헤르츠파 송신부(120)에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하게된다.
이때, 상기 피검체 배치부(110)에 복수의 피검체(200)가 삽입되는 복수의 개구(111)가 구비되어 복수의 피검체(200)에 대한 검사를 수행하는 경우, 피검체 구동부(150)를 이용하여 상기 피검체 배치부(110)를 이동시키면서 상기 복수의 피검체(200)에 대한 검사를 수행할 수도 있다.
이때, 상기 피검체 구동부(150)에서는, 상기 피검체 배치부(110)를 나선형 경로에 따라 이동시키면서 상기 복수의 피검체(200)를 검사하도록 할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 결함 검출 방법에는, 상기 테라헤르츠파 수신부(130)에서 수신된 신호를 미리 정해진 기준치와 대비하여 상기 피검체(200) 내의 결함을 검출하는 결함 검출 단계가 더 포함될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 결함 검출 장치 110 : 피검체 배치부
111 : 개구 112 : 피검체 덮개
113 : 피검체 안착부 120 : 테라헤르츠파 송신부
121 : 테라헤르츠파 발생기 122 : 제1 도파기
130 : 테라헤르츠파 수신부 131 : 테라헤르츠파 수신기
132 : 제2 도파기 140 : 결함 검출부
150 : 피검체 구동부 200 : 피검체

Claims (8)

  1. 테라헤르츠파를 이용하여 피검체 내의 결함을 검출하는 장치에 있어서,
    상기 피검체로 테라헤르츠파를 인가하는 테라헤르츠파 송신부;
    상기 테라헤르츠파 송신부에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 수신부; 및
    상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구를 구비하여 상기 개구에 삽입되는 하나 이상의 피검체를 상기 테라헤르츠파 송신부 및 상기 테라헤르츠파 수신부의 사이에 위치시키는 피검체 배치부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피검체 배치부의 두께는,
    상기 피검체와의 접촉면에서의 상기 피검체의 두께와 동일한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피검체 배치부와 결합되어 평평한 구조를 이루도록 상기 개구에 삽입된 피검체를 감싸며,
    상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체와 동일한 유전율을 가지는 피검체 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피검체 배치부에는,
    상기 개구에 삽입되는 피검체가 미리 정해진 위치에 안착하도록 지지하는 피검체 안착부가 구비되는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피검체 배치부에는 복수의 피검체가 삽입되는 복수의 개구가 구비되고,
    상기 복수의 피검체를 검사하기 위하여 상기 피검체 배치부를 이동시키는 피검체 구동부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피검체 구동부에서는,
    상기 피검체 배치부를 나선형 경로에 따라 이동시키면서 상기 복수의 피검체를 검사하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파 수신부에서 수신된 신호를 미리 정해진 기준치와 대비하여 상기 피검체 내의 결함을 검출하는 결함 검출부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검출 장치.
  8. 테라헤르츠파를 이용하여 피검체의 결함을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 테라헤르츠파에 대하여 상기 피검체와 동일한 유전율을 가지며, 상기 피검체의 윤곽 형상에 대응하는 하나 이상의 개구를 구비하여 상기 개구에 삽입되는 하나 이상의 피검체를 테라헤르츠파 송신부 및 테라헤르츠파 수신부의 사이에 위치시키는 피검체 배치 단계; 및
    상기 테라헤르츠파 송신부에서 상기 피검체로 테라헤르츠파를 인가하고, 상기 테라헤르츠파 수신부가 상기 테라헤르츠파 송신부에서 송신된 테라헤르츠파를 수신하는 테라헤르츠파 송수신 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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