KR20190113562A - 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치는 기설정된 시간동안 엑스레이를 방출하는 엑스레이부; 상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 시료를 고정시키는 시료고정부; 특정 위치에 고정되어, 상기 방출된 엑스레이가 상기 시료에 입사된 후 상기 시료에서 방사되는 형광선들을 수집하는 형광선 수집부; 상기 시료를 회전시키도록 상기 시료고정부를 제어하고, 상기 수집된 형광선들에 기반하여 상기 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 상기 형성된 물질에 포함된 원소들의 밀도를 검출하는 제어부를 포함한다.

Description

엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING THICKNESS OF MATERIAL USING X-RAY}
본 발명은 시료를 회전시키면서 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 정밀 측정하는 엑스레이(X-ray)를 이용한 물질두께 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 물질의 두께를 측정하는 방법은 파괴식과 비파괴식으로 나눌 수 있으며, 파괴식은 전해식 방법과 시편을 만들어 이를 광학 현미경이나 전자현미경으로 관찰하는 방법이 있으며, 비파괴적인 방법은 자기유도방식과 초음파방법, 와전류를 이용하는 방법, 및 감마선 혹은 엑스레이를 이용하는 방법이 주로 이용되고 있다.
종래에는 특정 금속물질에 대한 전기 화학적 반응을 일으킬 수 있는 시약을 사용하고, 시약에 정전류를 인가하여 금속물질을 전해시킴으로써 발생되는 전위차의 변화로부터 물질의 두께를 측정하는 전해식 물질두께측정 장치 및 이를 이용한 물질두께 측정 방법이 개시되었다.
하지만, 종래의 전해식 물질두께측정 장치의 경우, 물질두께 측정 시 시료(샘플)를 보존할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 사용되는 비파괴식 물질두께측정 방식은 평면 분석만 가능한 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 비파괴식 물질두께측정 방법으로서 시료를 보존하며, 시료의 형상에 구애받지 않고 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 측정하기 위한 기술의 개발이 필요하다.
KR 10-2002-0082801 A
본 발명은 시료를 360° 회전시키면서 엑스레이에 의해 발생되는 형광 신호 및 엑스레이 영상 촬영을 분석하여 물질의 두께를 비파괴식으로 측정하는 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치는 기설정된 시간동안 엑스레이를 방출하는 엑스레이부; 상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 시료를 고정시키는 시료고정부; 특정 위치에 고정되어, 상기 방출된 엑스레이가 상기 시료에 입사된 후 상기 시료에서 방사되는 형광선들을 수집하는 형광선 수집부; 상기 시료를 회전시키도록 상기 시료고정부를 제어하고, 상기 수집된 형광선들에 기반하여 상기 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 상기 형성된 물질에 포함된 원소들의 밀도를 검출하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 시료에 입사되는 엑스레이의 법선에 수직한 시료의 중심축을 기준으로 상기 시료가 회전되도록 상기 시료고정부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 시료가 삼차원 평면에서 z축 평면상에 위치할 때, 상기 방출된 엑스레이가 상기 시료에 x축 방향으로 입사된 경우, 상기 시료가 z축을 기준으로 회전되도록 상기 시료고정부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 시료가 원기둥의 형상인 경우, 상기 시료의 축을 기준으로 상기 시료가 회전되도록 상기 시료고정부를 제어할 수 있다.
상기 형광선 수집부는, 상기 엑스레이부 및 시료고정부와 이격된 위치에 고정되며, 상기 방출된 엑스레이의 진행을 차단하지 않을 수 있다.
상기 엑스레이부는, 상기 방출되는 엑스레이의 직경의 크기를 조절하는 조리개를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 고정된 시료의 크기에 기반하여, 상기 조리개가 열리는 정도를 조절할 수 있다.
상기 기설정된 시간은, 상기 시료고정부가 일정한 각속도로 360°회전하는 시간이다.
상기 제어부는, 상기 기설정된 시간동안 상기 엑스레이를 방출하도록 상기 엑스레이부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수집된 형광선들 중 일정한 시간간격으로 수집된 형광선들을 추출하고, 상기 추출된 형광선들 각각의 파장을 측정하고, 상기 측정된 형광선들의 파장에 기반하여 상기 추출된 형광선들 각각을 방사시킨 원소들을 검출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 일정한 시간간격마다, 상기 검출된 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기를 측정하고, 상기 검출된 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기에 기반하여 상기 검출된 원소들 각각의 밀도를 측정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 일정한 시간간격마다, 상기 측정된 원소들 각각의 밀도에 기반하여 상기 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있다.
상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 시료를 통과한 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하는 촬영부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 촬영된 시료의 영상에서 상기 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 추가적으로 측정할 수 있다.
상기 촬영부는, 상기 시료를 통과한 엑스레이가 통과되어 가시광선으로 전환되는 신틸레이터; 상기 전환된 가시광선을 확대하는 광학 렌즈; 상기 확대된 가시광선이 투영되는 검출판; 및 상기 검출판에 투영된 가시광선의 영상을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다.
상기 신틸레이터, 광학 렌즈, 검출판 및 카메라는, 중심이 상기 방출된 엑스레이의 광축상에 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치는 시료를 360°회전시키면서 시료의 일 단면의 표면에 포함된 원소들의 균일도 및 표면에 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 조리개의 열림 정도를 조절하여 시료에 표면에 포함된 원소들의 균일도 및 표면에 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래의 전해식 방식으로 물질의 두께를 측정할 경우 시료의 샘플을 보존할 수 없다는 문제점과 엑스레이를 이용하여 물질의 두께를 측정할 경우 평면 분석만 가능한 문제점을 해결하여, 시료의 형상에 구애받지 않고 형광선 분석이 가능하며, 분석에 사용된 시료의 샘플 또한 보존되는 장점이 있다.
또한, 형광선 분석을 통해 물질의 두께를 측정할 뿐만 아니라, 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상에 기반하여 물질의 두께를 측정하기 때문에, 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 이중으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 간략히 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치에 있어서, 원기둥 형상의 시료를 회전시키는 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 이용한 엑스레이 형광분석 측정 데이터를 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 이용하여 측정한 시료들의 엑스레이 형광분석 결과를 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 이용하여 촬영한 시료들의 엑스레이 영상을 도시한 도면이다.
본 명세서에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 즉, 구성요소들을 상기 용어들에 의해 한정하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 '포함하다' 라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 및 단계는 해당 구성요소, 특징 및 단계가 존재함을 의미하며, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계 및 이와 동등한 것을 배제하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한, 복수의 형태를 포함한다. 즉, 본 명세서에서 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의하여 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.
즉, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 간략히 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치(100)는 엑스레이부(101), 시료고정부(103), 형광선 수집부(105), 촬영부(107) 및 제어부(109)를 포함할 수 있다.
엑스레이부(101)는 기설정된 시간동안 시료고정부(103)에 고정된 시료를 향해 엑스레이를 방출할 수 있다. 기설정된 시간이란 제어부(109)에 의해서 일정한 각속도로 회전하는 시료고정부(103)가 360°회전하는데 소요되는 시간으로, 예컨대 3초로 설정될 수 있다.
엑스레이부(101)는 방출되는 엑스레이의 직경의 크기를 조절하는 조리개 및 엑스선 렌즈를 포함하며, 조리개는 제어부(109)에 의해 열리는 정도가 조절된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 물질두께 측정 장치(100)는 윤대판 엑스선 렌즈, 조리개, 집속 미러 또는 K-B 미러 등을 이용하여 방출되는 엑스레이의 직경의 크기를 조절할 수 있다.
시료고정부(103)는 엑스레이부(101)에서 방출된 엑스레이의 진행방향에 시료를 고정시킬 수 있다. 예컨대, 시료고정부(103)는 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하여, 방출된 엑스레이가 시료를 통과하도록 시료를 고정시킬 수 있다.
시료고정부(103)는 제어부(109)에 제어를 받아 이동 및 회전할 수 있다. 시료고정부(103)는 회전이 가능한 회전 스테이지와 3축으로 움직일 수 있는 3축 스테이지가 결합되어 회전 및 이동이 가능하며, 시료고정부(103)의 일 측에는 시료가 고정되어 방출된 엑스레이가 고정된 시료를 통과할 수 있다.
예컨대, 시료고정부(103)는 제어부(109)의 제어를 받아 x축 또는 y축으로 이동이 가능하며, z축 방향으로 고정된 시료의 높이를 조절할 수 있다. 또한, 시료고정부(103)는 제어부(109)의 제어를 받아 회전함으로써 시료를 회전시킬 수 있다.
형광선 수집부(105)는 특정 위치에 고정되어, 방출된 엑스레이가 시료에 입사된 후 시료에서 방사되는 형광선들을 수집할 수 있다. 즉, 형광선 수집부(105)는 엑스레이부(101) 및 시료고정부(103)와 이격되어 위치하여, 방출된 엑스레이의 진행을 차단하지 않는 위치에 고정될 수 있다.
예컨대, 시료가 원기둥 형상의 금속 선재인 경우, 시료는 원기둥의 축을 중심으로 회전하고, 방출된 엑스레이는 시료에 입사된다. 형광선 수집부(105)는 고정된 위치에서 시료가 회전하는 동안 엑스레이가 입사되는 부분에서 방출되는 형광선을 수집할 수 있다.
형광선 수집부(105)에서 수집된 형광선들은 제어부(109)에서 분석되어, 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 형성된 물질에 포함된 원소들의 균일도가 검출될 수 있다.
촬영부(107)는 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하여, 형광선 수집부(105)에서 방사된 형광선들을 수집하는 것과 독립적으로, 방출된 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영할 수 있다. 제어부(105)는 촬영부(107)에서 촬영된 시료의 영상에서 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 수집된 형광선들을 분석하는 것과 별개로 측정할 수 있다.
촬영부(107)는 시료를 통과한 엑스레이가 통과되어 가시광선으로 전환되는 신틸레이터(Scintillator), 전환된 가시광선을 확대하는 광학 렌즈, 확대된 가시광선이 투영되는 검출판 및 검출판에 투영된 가시광선의 영상을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다.
촬영되는 시료의 영상의 해상도를 향상시키기 위하여 신틸레이터, 광학 렌즈, 검출판 및 카메라의 중심은 방출된 엑스레이의 광축상에 나란히 배열될 수 있다.
제어부(109)는 기설정된 시간동안 엑스레이를 방출하도록 엑스레이부(101)를 제어할 수 있다. 예컨대, 시료가 3초동안 360°회전한다고 하면, 제어부(109)는 시료가 한바퀴 회전하는 3초동안 엑스레이를 방출하도록 엑스레이부(101)를 제어할 수 있다.
즉, 제어부(109)는 시료를 360°회전시킴으로써 시료의 일 단면의 표면에 형성된 물질의 두께 및 형성된 물질에 포함된 원소의 균일도를 검출할 수 있다.
또한, 제어부(109)는 시료의 크기에 따라 엑스레이부(101)에서 방출되는 엑스레이의 직경의 크기를 조절하기 위하여, 엑스레이부(101)에 포함된 조리개가 열리는 정도를 조절할 수 있다.
예컨대, 제어부(109)는 조리개를 아주 미세하게 열어 핀 홀(pin hole) 효과를 이용함으로써 선재의 표면에 형성된 물질의 두께를 검출할 수 있다.
제어부(109)는 시료를 회전시키도록 시료고정부(103)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(109)는 시료에 입사되는 엑스레이의 법선에 수직한 시료의 중심축을 기준으로 시료를 회전시키도록 시료고정부(103)를 제어할 수 있다.
예컨대, 방출된 엑스레이가 x축 방향으로 진행하고, 시료의 중심축이 z축(연직선과 평행한 축)상에 위치하도록 시료고정부(103)에 시료가 고정되었다면, 제어부(109)는 시료를 z축 즉, 엑스레이의 법선에 수직한 시료의 중심축(z축)을 기준으로 시료를 회전시키도록 시료고정부(103)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(109)는 방출된 엑스레이가 시료를 통과할 수 있도록 시료고정부(103)를 제어함으로써 시료의 위치를 정밀하게 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(109)는 시료고정부(103)를 이동시켜 시료를 x축, y축 또는 z축 중 하나 이상의 축 방향으로 이동시킬 수 있으며, 시료고정부(103)를 회전시킴으로써 시료를 회전시킬 수 있다.
다음으로, 제어부(109)는 시료를 회전시킨 후 형광선 수집부(105)에서 수집된 형광선들에 기반하여 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 형성된 물질에 포함된 원소들의 밀도를 검출할 수 있다.
제어부(109)는 시료에 입사되는 엑스레이의 법선에 수직한 시료의 중심축을 기준으로 시료를 회전시키도록 시료고정부(103)를 제어할 수 있다.
예컨대, 시료가 원기둥의 형상인 경우, 제어부(109)는 시료의 축(원기둥의 축)을 기준으로 시료를 회전시키도록 시료고정부(103)를 제어할 수 있다. 시료가 구의 형상인 경우, 제어부(109)는 시료에 입사되는 엑스레이의 광축과 수직한 축을 기준으로 시료를 회전시키도록 시료고정부(103)를 제어할 수 있다.
제어부(109)는 형광선 수집부(105)에서 기설정된 시간동안 수집된 형광선들로부터 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 형성된 물질에 포함된 원소들의 균일도를 검출할 수 있다.
제어부(109)는 수집된 형광선들 중 일정한 시간간격으로 수집된 형광선들을 추출하고, 추출된 형광선들 각각의 파장을 측정하고, 측정된 형광선들의 파장에 기반하여 추출된 형광선들 각각을 방사시킨 원소들을 검출할 수 있다.
예컨대, 제어부(109)는 수집된 형광선들 중 시료가 4°회전하는 시간마다 형광선들을 추출하여, 형광선들을 90회 추출할 수 있다. 제어부(109)는 제1 시간에서 추출한 형광선들의 파장을 측정함으로써, 제1 시간에 추출한 형광선을 방사시킨 원소들을 검출할 수 있다. 제어부(109)는 이와 동일한 방법으로 제2 시간 내지 제90 시간에서 추출한 형광선의 파장에 기반하여, 각 시간에서 추출한 형광선을 방사시킨 원소들을 검출할 수 있다.
즉, 엑스레이가 시료에 입사되면 시료에 포함된 각 원소의 안쪽 껍질에 존재하는 전자가 여기되고, 여기된 전자는 상당히 들뜬 상태가 되기 때문에 이를 안정화시키기 위해 바깥 껍질에 있는 전자가 안쪽 껍질을 채우게 된다. 이 때, 각 껍질의 결합에너지에 해당하는 에너지가 방출되는데 이를 형광선이라고 하며, 각 원소마다 형광선은 고유한 에너지와 파장을 가지고 있다. 따라서 제어부(109)는 일정한 시간간격마다 추출한 형광선들 각각의 파장을 측정함으로써, 형광선을 방사시킨 원소들을 검출할 수 있다.
또한, 제어부(109)는 일정한 시간간격마다, 검출된 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기를 측정하여, 검출된 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기에 기반하여 검출된 원소들 각각의 밀도를 측정하고, 측정된 원소들의 밀도에 기반하여 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있다.
예컨대, 제어부(109)는 제1 시간에서 검출된 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기를 측정하여, 각 원소의 밀도 즉, 균일도를 추출하고, 원소들의 밀도에 기반하여 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있다. 제어부(109)는 이와 동일한 방법으로 제2 시간 내지 제90 시간에서 검출된 원소들의 밀도 및 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있다.
즉, 제어부(109)는 시료가 360°회전하는 동안, 시료의 일 단면의 표면에 포함된 원소들의 균일도 및 형성된 물질의 두께를 검출함으로써, 사용자는 시료의 표면이 균일하게 형성되었는지를 판단할 수 있다.
제어부(109)는 촬영부(107)에서 촬영된 시료의 엑스레이 영상을 분석함으로써, 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 추가적으로 측정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 물질두께 측정 장치(100)는 i) 시료를 360°회전시키며 수집한 형광선들을 분석함으로써, 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 형성된 물질에 포함된 원소들의 균일도를 검출하고, ii) 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 분석함으로써, 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 측정하여, 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 이중으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치에 있어서, 원기둥 형상의 시료를 회전시키는 예시를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 시료(201)의 축이 z축(207)상에 위치하도록 시료(201)가 고정된 경우, 방출된 엑스레이가 x축(203) 또는 y축(205) 방향으로 시료(201)에 입사되면, 시료(201)가 z축(207)을 기준으로 회전될 때, 시료(201)의 일 단면의 표면에 형성된 물질의 두께가 측정될 수 있다.
제어부(109)는 시료고정부(103)를 회전시킴으로써 시료고정부(103)에 고정된 시료(201)를 z축(207)을 기준으로 회전시켜, 시료(201)의 일 단면의 표면에 포함된 원소들의 균일도 및 표면에 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 이용한 엑스레이 형광분석 측정 데이터를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 특정 시점에서 수집된 형광선을 분석한 결과, 구리(Cu) 및 아연(Zn)이 형성된 철강 선재에서 철(Fe), 구리(Cu) 및 아연(Zn)이 검출된 것을 알 수 있다.
각각의 원소들은 고유한 형광선의 파장을 가지고 있기 때문에, 수집된 형광선을 분석하여 시료의 표면에 형성된 물질에 포함된 원소들(Cukα, Cukβ, Znkα 및 Znkβ)을 검출할 수 있다. 또한, 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기를 통해서, 각 원소의 밀도 즉, 각 원소가 얼마나 포함되어 있는지를 검출할 수 있다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 이용하여 측정한 시료들의 엑스레이 형광분석 결과를 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 제어부(109)는 시료가 360° 회전하는 동안 수집된 형광선들 중 일정한 시간간격마다 추출된 형광선들로부터 시료의 표면에 형성된 물질의 원소의 균일도 및 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있다.
형광분석에 사용된 엑스레이는 10 keV 단색광이고, 엑스레이의 직경은 120㎛이고, 측정 각도는 360°(변위 4°)이다.
제어부(109)가 제1 시료(301)를 분석한 결과를 보면, 제1 시료(301)의 일 단면에는 구리 및 아연이 균일하게 포함되어 있으며, 형성된 물질의 두께 또한 균일한 것을 알 수 있다.
제어부(109)가 제2 시료(303)를 분석한 결과를 보면, 제2 시료(303)의 일 단면에서 구리는 우측 아래쪽 방향(60° 내지 180°방향)으로 치우쳐져 있고, 아연은 좌측 위쪽 방향 (240° 내지 0°방향)으로 치우쳐져 있어, 형성된 물질에 포함된 원소들이 균일하게 분포되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 물질두께 측정 장치(100)는, 시료의 곡률 때문에 선재와 같이 곡선의 형상으로 이루어진 시료에 형성된 물질의 두께를 평면으로만 측정해야했던 기존의 엑스레이를 이용한 비파괴식 물질두께 측정 기술의 문제점을 해결함으로써, 시료의 일 단면의 360°표면에 형성된 물질의 두께 및 형성된 물질에 포함된 원소들의 균일도를 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치를 이용하여 촬영한 시료들의 엑스레이 영상을 도시한 도면이다.
도 5a는 엑스레이에 의해 투영된 제1 시료(301)의 영상을 촬영한 것이고, 도 5b는 동일한 직경을 가진 엑스레이에 의해 투영된 제2 시료(303)의 영상을 촬영한 것이다.
\*83촬영된 제1 시료(301) 및 제2 시료(303)의 영상의 크기는 20㎛이고, 이미지 해상도는 40㎚이다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 물질두께 측정 장치(100)는 시료에 포함된 원소들이 방사하는 형광선들을 분석하여 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 형성된 물질에 포함된 원소들의 균일도를 측정하는 것뿐만 아니라, 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영함으로써 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
비록 본 명세서에서의 설명은 예시적인 몇 가지 양상으로 나타났지만, 다양한 수정이나 변경이 후술되는 특허청구범위에 의해 정의되는 범주로부터 이루어질 수 있으며, 본 발명의 기술적인 보호범위는 다음의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 물질두께 측정 장치 201 : 시료
101 : 엑스레이부 203 : x축
103 : 시료고정부 205 : y축
105 : 형광선 수집부 207 : z축
107 : 촬영부 301 : 제1 시료
109 : 제어부 303 : 제2 시료

Claims (14)

  1. 기설정된 시간동안 엑스레이를 방출하는 엑스레이부;
    상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 시료를 고정시키는 시료고정부;
    특정 위치에 고정되어, 상기 방출된 엑스레이가 상기 시료에 입사된 후 상기 시료에서 방사되는 형광선들을 수집하는 형광선 수집부;
    상기 시료를 회전시키도록 상기 시료고정부를 제어하고, 상기 수집된 형광선들에 기반하여 상기 시료의 표면에 형성된 물질의 두께 및 상기 형성된 물질에 포함된 원소들의 밀도를 검출하는 제어부를 포함하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시료에 입사되는 엑스레이의 법선에 수직한 시료의 중심축을 기준으로 상기 시료가 회전되도록 상기 시료고정부를 제어하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시료가 삼차원 평면에서 z축 평면상에 위치할 때, 상기 방출된 엑스레이가 상기 시료에 x축 방향으로 입사된 경우,
    상기 시료가 z축을 기준으로 회전되도록 상기 시료고정부를 제어하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시료가 원기둥의 형상인 경우,
    상기 시료의 축을 기준으로 상기 시료가 회전되도록 상기 시료고정부를 제어하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형광선 수집부는,
    상기 엑스레이부 및 시료고정부와 이격된 위치에 고정되며, 상기 방출된 엑스레이의 진행을 차단하지 않는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 엑스레이부는,
    상기 방출되는 엑스레이의 직경의 크기를 조절하는 조리개를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 고정된 시료의 크기에 기반하여, 상기 조리개가 열리는 정도를 조절하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기설정된 시간은,
    상기 시료고정부가 일정한 각속도로 360°회전하는 시간이고,
    상기 제어부는,
    상기 기설정된 시간동안 상기 엑스레이를 방출하도록 상기 엑스레이부를 제어하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수집된 형광선들 중 일정한 시간간격으로 수집된 형광선들을 추출하고, 상기 추출된 형광선들 각각의 파장을 측정하고, 상기 측정된 형광선들의 파장에 기반하여 상기 추출된 형광선들 각각을 방사시킨 원소들을 검출하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 일정한 시간간격마다, 상기 검출된 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기를 측정하고, 상기 검출된 원소들 각각이 방사한 형광선의 세기에 기반하여 상기 검출된 원소들 각각의 밀도를 측정하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 일정한 시간간격마다, 상기 측정된 원소들 각각의 밀도에 기반하여 상기 형성된 물질의 두께를 측정하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 시료를 통과한 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하는 촬영부를 더 포함하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 촬영된 시료의 영상에서 상기 시료의 표면에 형성된 물질의 두께를 추가적으로 측정하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 촬영부는,
    상기 시료를 통과한 엑스레이가 통과되어 가시광선으로 전환되는 신틸레이터;
    상기 전환된 가시광선을 확대하는 광학 렌즈;
    상기 확대된 가시광선이 투영되는 검출판; 및
    상기 검출판에 투영된 가시광선의 영상을 촬영하는 카메라를 포함하는,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 신틸레이터, 광학 렌즈, 검출판 및 카메라는,
    중심이 상기 방출된 엑스레이의 광축상에 배열된,
    엑스레이를 이용한 물질두께 측정 장치.
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