KR20230158171A - 불투명 유체 내 입자 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 입자가 혼합된 불투명한 유체를 흐르게 하는 플로우셀, 플로우셀 내 유체에 적외선광이 조사되도록 상호 이격 배치된 복수의 광원으로 구성된 조명, 플로우셀 내 불투명한 유체를 촬영하는 카메라, 카메라에서 촬영된 이미지를 통해 불투명한 유체 내 입자의 크기 및 형상을 추출하는 영상처리부를 포함하며, 조명에서 적외선광의 조사시, 복수의 광원에 대한 발광 위치 조절을 통해 적외선광의 조사 위치를 변화시키면서 카메라에 의한 불투명한 유체 내 입자의 촬영이 이루어지게 되는 불투명 유체 내 입자 진단장치를 제공한다.

Description

불투명 유체 내 입자 진단장치{Particle diagnostic device in opaque fluid}

본 발명은 불투명 유체 내 분쇄되지 않거나 서로 결합된 입자의 유무와 입자 크기 및 형상을 촬영 영상을 기반으로 진단하는 불투명 유체 내 입자 진단장치에 관한 것이다.

일반적으로, 혼합기에서 여러 성분을 일정 크기 이하로 분쇄 후 섞는 과정에서 분쇄되지 않거나 서로 결합된 큰 입자의 유무를 진단하는 일은 화학, 생물학, 약학 및 환경 모니터링과 같은, 각종 기술 분야에서 중요하다.

특히, 이차 전지의 음극재나 양극재에서 카본, 그라파이트 및 기타 금속 성분들이 섞이게 되고, 여기서 잘 섞이지 않은 큰 입자들이 있다면, 품질이 낮은 배터리가 만들어지는 바, 일정 크기 이상의 입자 유무의 진단이 중요하나 불투명한 유체 내에서 입자의 유무를 진단하는 일은 쉽지 않은 실정이다.

이러한, 유체 내 입자, 또는 단일한 입자유무 및 입자를 진단하는 방법에는 몇 가지가 있는데, 그 중에서 광학적으로 측정하는 방법이나 라벨링 방법(Labeling)을 통한 진단이 주로 사용된다.

그러나, 라벨링 방법을 이용한 입자의 진단 방법은, 라벨 자체가 대상 입자의 성질을 바꿀 수 있고, 형광단(Fluorophore) 고유의 낮은 방사율이, 측정율(Measurement rate)을 제한하기 때문에, 빠른 프로세스의 경우는 측정이 불가능한 문제점이 있다. 더불어, 진단할 입자에 라벨을 부착하는 것이 어렵고 번거로운 문제점이 있다.

그리고, 종래의 광학 측정의 경우, 주로 초음파를 사용하여 입자의 유무 및 진달이 이루어지도록 유체 내 입자의 촬영이 이루어지게 되는데, 이때 입자의 촬영이 가능하게 하기 위해 오프라인(Offline) 상에서 유체가 일정한 투명도 이상이 되도록 별도의 희석액을 투입해야 됨으로써, 불투명한 유체 내 입자를 진단 작업이 번거로운 문제점이 있다.

이러한, 유체 내 입자의 유무 및 입자의 진단에 대한 관련기술은, 대한민국공개특허 제10-2021-0153601호(2021.12.17)에 제시된다.

본 발명은, 불투명 유체 내의 일정크기 이상의 입자 유무와 입자 크기 및 형상을 카메라로 획득된 영상을 기반으로 정확하게 진단하는 불투명 유체 내 입자 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 입자가 혼합된 불투명한 유체를 흐르게 하는 플로우셀, 상기 플로우셀 내 유체에 적외선광이 조사되도록 상호 이격 배치된 복수의 광원으로 구성된 조명, 상기 플로우셀 내 불투명한 유체를 촬영하는 카메라, 상기 카메라에서 촬영된 이미지를 통해 불투명한 유체 내 입자의 크기 및 형상을 추출하는 영상처리부를 포함하며, 상기 조명에서 적외선광의 조사시, 복수의 광원에 대한 발광 위치 조절을 통해 적외선광의 조사 위치를 변화시키면서 카메라에 의한 불투명한 유체 내 입자의 촬영이 이루어지게 되는 불투명 유체 내 입자 진단장치를 제공한다.

또한, 상기 복수의 광원은 일정한 패턴으로 순차적으로 연속되게 발광할 수 있다.

또한, 상기 복수의 광원 중 일부의 광원이 무작위로 연속되게 발광할 수 있다.

또한, 상기 복수의 광원은 시계방향이나 반시계 방향으로 순차적으로 연속되게 발광할 수 있다.

또한, 상기 복수의 광원은 카메라의 촬영 지점을 기준으로 유체의 이동방향 및 유체의 이동방향에 수직한 방향으로 상호 이격되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 복수의 광원은 환형으로 일정간격 이격되게 분포될 수 있다.

본 발명에 따른 불투명 유체 내 입자 진단장치는, 플로우셀 내 흐르는 불투명한 유체를 카메라로 촬영시 조명에서 적외선광을 조사하게 되는데, 이때 복수의 광원에 대한 발광 위치 조절을 통해 카메라의 촬영지점으로 적외선광의 조사 위치를 변화시키면서 카메라에 의한 유체의 촬영이 이루어지게 하는 바, 불투명한 유체 내 입자의 스페클(Speckle) 발생을 최소화함과 더불어 촬영된 이미지의 측정 심도를 증가시키면서 불투명한 유체 내 입자의 크기 및 형상 이미지를 정확하게 획득할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불투명 유체 내 입자 진단장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 표시된 'A' 부분의 확대 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 조명의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 조명의 측면도이다.
도 5 본 발명의 일 실시예에 따른 불투명 유체 내 입자 진단장치를 이용한 유체 촬영 이미지이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불투명 유체 내 입자 진단장치는, 플로우셀(100), 조명(200), 카메라(300), 영상처리부(400)를 구비하고 있다.

상기 플로우셀(100)은 진단대상의 입체가 포함된 불투명한 유체를 흐르게 하는 부분이다. 이러한, 플로우셀(100)은 내부에 유체를 담은 상태에서 유체가 이동될 수 있게 가이드하도록 도관 형태로 형성된다. 이때, 플로우셀(100)에는 입자가 혼합된 불투명한 유체를 저장하는 유체탱크(110)와, 유체탱크(110) 내 유체가 플로우셀(100)을 통해 순환 이동되게 펌핑시키는 유체펌프(120)를 연결 구비할 수 있다. 이때, 유체탱크(110)의 내부에는 교환기(미도시)가 마련되어, 유체 내 입자의 침전을 방지하도록 유체와 입자의 교반이 이루어지게 한다.

그리고, 상기 플로우셀(100)의 내부 일측에는 플로우셀(100)을 통해 이동되는 유체와, 유체 내 혼합된 입자를 관성 분리되게 하는 임펠러(130)를 연결 구비할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 임펠러(130)는 이후 설명될 카메라(300)에 의해 촬영되는 플로우셀(100) 위치 전방의 플로우셀(100)의 내부에 구비되어, 카메라(300)에 의해 촬영되는 플로우셀(100) 지점에서 유체와 입자가 분리되게 함과 더불어 질량이 큰 입자가 모이도록 하면서 조명(200) 및 카메라(300)에 의한 입자 이미지의 획득이 안정적으로 이루어질 수 있게 한다.

상기 조명(200)은 카메라(300)에 의한 플로우셀(100) 내 유체의 촬영시, 유체 내 입자 감지를 가능하게 하도록 적외선광을 조사하는 부분이다. 이때, 조명(200)은 카메라(300)로 유체를 촬영시, 유체 내 입자의 스페클(Speckle) 발생을 최소화함과 더불어 촬영된 이미지의 측정 심도를 증가되게 할 수 있도록 단파장의 적외선광을 조사되게 한다. 즉, 적외선광의 파장이 짧을수록 입자 표면의 미광 부분이 높아지면서 카메라(300)에서 촬영된 입자 표면 형상을 명확하게 보이도록 하며, 적외선광의 파장이 길수록 투과되면서 카메라(300)에서 촬영되는 입자 표면 형상이 명확하게 보이지 않게 된다. 이때, 적외선광은 780nm 이상의 파장일 수 있다.

더불어, 상기 조명(200)은 카메라(300)를 기준으로 카메라(300)의 양측에 배치되도록 한 쌍을 구비하는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고 카메라(300) 둘레로 일정간격 이격되게 복수개가 구비될 수도 있다.

그리고, 상기 조명(200)은 카메라(300)에서 유체를 촬영시, 카메라(300)에 의한 촬영지점으로 서로 다른 위치에서 복수의 적외선광을 조사할 수 있도록 상호 이격되게 배치된 복수의 광원(200a)으로 구성될 수 있다. 이같이, 조명(200)이 상호 이격되게 배치된 복수의 광원(200a)으로 구성될 경우, 유체 내 입자의 스페클(Speckle) 발생을 최소화함과 더불어 카메라(300)에 의해 촬영된 이미지의 심도를 증가시키면서 유체 내 입자의 크기 및 형상 이미지를 정확하게 획득할 수 있게 한다. 더불어, 상기 조명(200)의 광원(200a)에서 적외선광의 조사시, 스페클 발생율을 보다 감소시키면서 촬영된 이미지 심도를 더욱 증가시켜 유체 내 입자의 크기 및 형상 이미지를 보다 정확하게 획득할 수 있도록 복수의 광원(200a)에 대한 발광 위치 조절을 통한 적외선광의 조사 위치를 변화시키면서 카메라에 의한 유체의 촬영이 이루어지게 한다. 여기서, 도면부호 200b는 복수의 광원(200a)을 장착상태로 고정시키는 조명바디이다.

도 3을 참조하면, 상기 복수의 광원(200a)은 플로우셀(100) 내 불투명한 유체의 이동방향 및 유체의 이동방향에 수직한 방향으로 상호 이격되게 배치되게 할 수 있다. 이에 대해 보다 상세하게 살펴보면, 복수의 광원(200a)은 환형으로 일정간격 이격되게 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 격자형으로 일정간격 이격되게 분포될 수도 있다.

이같이, 상기 복수의 광원(200a)이 환형으로 일정간격 이격되게 분포된 상태에서 복수의 광원(200a)들은 일정한 패턴으로 순차적으로 연속되게 발광할 수 있는데, 이때 복수의 광원(200a)들은 시계방향 또는 반시계방향으로 순차적으로 연속되게 발광할 수 있다.

또한, 다른 실시예로 상기 복수의 광원(200a)들은 복수의 광원(200a)들 중 일부의 광원(200a)들이 무작위로 연속되게 발광할 수도 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 상기 조명(200)에 적용되는 복수의 광원(200a)은 선명한 이미징과 균일한 밝기를 보장하도록 동축광원(Coaxial light source)이 적용된다. 그리고, 광원(200a)의 반방사 강도 각도(Half-radiation intensity angle)인 'R1'은 10도를 가지며, 모든 광원(200a)의 방사선이 카메라(300)의 초점면에 수렴되도록 광원(200a)의 설치각도 'R2'는 70도로 설정되는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 상기 조명(200)의 복수의 광원(200a)들을 환형으로 일정간격 이격되게 분포시킨 상태에서 복수의 광원(200a)들이 시계방향 또는 반시계방향으로 순차적으로 연속되게 발광되면서 카메라(300)가 유체를 촬영시 영상처리부(400)에서 추출된 입자의 크기 및 형상의 추출 결과(C)와, 복수의 광원(200a)들 중 일부의 광원(200a)들이 무작위로 연속되게 발광되면서 카메라(300)로 유체를 촬영시 영상처리부(400)에서 추출된 입자의 크기 및 형상의 추출 결과(B) 및, 단순히 광원을 고정된 일정한 위치에서만 발광시켜 카메라(300)로 유체를 촬영시 영상처리부(400)에서 추출된 입자의 크기 및 형상의 추출 결과(A)를 비교해보면 복수의 광원(200a)들을 일정한 패턴으로 순차적으로 연속되게 발광되게 한 경우와 복수의 광원(200a)들 중 일부의 광원(200a)들이 무작위로 연속되게 발광되게 한 경우 불투명한 유체 내 정형입자와 비정형 입자의 명확한 이미지를 획득하는 바, 영상처리부(400)를 통한 불투명한 유체 내 입자의 크기 및 형상을 정확하게 추출할 수 있게 된다.

상기 카메라(300)는 플로우셀(100)의 내부를 이동하는 유체를 촬영한다. 이러한, 카메라(300)는 플로우셀(100) 내 유체에 포함된 입자를 분석하기 위한 이미지를 생성한다. 이때, 카메라(300)는 조명(200)의 중심부에 배치되게 설치하는데, 보다 상세하게는 복수의 조명(200)들을 배치시, 복수의 조명(200)들 중앙에 배치되게 설치할 수 있다. 이러한, 카메라(300)에는 광필터(310)를 연결 구비할 수 있음은 물론이다.

상기 영상처리부(400)는 카메라(300)에서 촬영된 이미지를 통해 유체 내 입자의 크기 및 형상 결과를 추출한다. 이러한, 영상처리부(400)는 카메라(300)와 케이블과 같은 유선수단 또는 블루투스나 와이파이 또는 적외선통신과 같은 무선수단을 통해 연결되어, 카메라(100)로부터 촬영된 이미지를 전달받게 된다.

이때, 상기 영상처리부(400)는 카메라(100)로부터 전달받은 이미지를 통해 유체 내 입자의 크기 및 형상 결과를 도출할 수 있는 프로그램을 내장하게 되는데, 보다 상세하게는 영상처리기법을 적용한 프로그램을 이용하여 유체 내 입자의 크기 및 형상 결과를 도출하게 된다. 이같이, 영상처리부(400)에서 도출된 유체 내 입자의 크기 및 형상 결과는 모니터와 같은 디스플레이수단(도면미도시)을 통해 출력될 수도 있다.

이와 같이, 일 실시예에 따른 불투명 유체 내 입자 진단장치는, 플로우셀(100) 내 흐르는 불투명한 유체를 카메라(100)로 촬영시 조명(200)에서 적외선광을 조사하게 되는데, 이때 복수의 광원(200a)에 대한 발광 위치 조절을 통해 카메라(100)의 촬영지점으로 적외선광의 조사 위치를 변화시키면서 카메라에 의한 불투명한 유체의 촬영이 이루어지게 하는 바, 불투명한 유체 내 입자의 스페클(Speckle) 발생을 최소화함과 더불어 촬영된 이미지의 심도를 증가시키면서 불투명한 유체 내 입자의 크기 및 형상 이미지를 정확하게 획득할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 플로우셀 200: 조명
200a: 광원 300: 카메라
400: 영상처리부

Claims (6)

1. 입자가 혼합된 불투명한 유체를 흐르게 하는 플로우셀;
   상기 플로우셀 내 유체에 적외선광이 조사되도록 상호 이격 배치된 복수의 광원으로 구성된 조명;
   상기 플로우셀 내 불투명한 유체를 촬영하는 카메라;
   상기 카메라에서 촬영된 이미지를 통해 불투명한 유체 내 입자의 크기 및 형상을 추출하는 영상처리부;를 포함하며,
   상기 조명에서 적외선광의 조사시, 복수의 광원에 대한 발광 위치 조절을 통해 적외선광의 조사 위치를 변화시키면서 카메라에 의한 불투명한 유체 내 입자의 촬영이 이루어지게 되는 불투명 유체 내 입자 진단장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 광원은 일정한 패턴으로 순차적으로 연속되게 발광하는 불투명 유체 내 입자 진단장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 광원 중 일부의 광원이 무작위로 연속되게 발광하는 불투명 유체 내 입자 진단장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 복수의 광원은 시계방향이나 반시계 방향으로 순차적으로 연속되게 발광하는 불투명 유체 내 입자 진단장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 광원은 카메라의 촬영 지점을 기준으로 유체의 이동방향 및 유체의 이동방향에 수직한 방향으로 상호 이격되게 배치되는 불투명 유체 내 입자 진단장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 광원은 환형으로 일정간격 이격되게 분포된 불투명 유체 내 입자 진단장치.
   

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