KR20240005356A - 잔류응력 예측장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재료의 잔류응력 예측장치 및 예측방법에 관한 것으로서, 특히, 플라스틱에 존재하는 잔류응력을 예측하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 잔류응력 예측장치는 테라헤르츠파를 검사대상인 대상물에 조사하고, 상기 대상물을 투과 또는 상기 대상물로부터 반사하도록 구성되는 상기 테라헤르츠파를 검출하도록 구성되는 검사유닛; 및 상기 검사유닛에 의해 검출된 테라헤르츠파에 기초하여 상기 대상물의 잔류응력을 예측하도록 구성되는 제어기를 포함한다.
Description
본 발명은 재료의 잔류응력 예측장치 및 예측방법에 관한 것으로서, 특히, 플라스틱에 존재하는 잔류응력을 예측하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
플라스틱은 고분자화합물로 이루어진 재료로서, 열과 압력을 가해 원하는 모양으로 쉽게 가공될 수 있으며, 대표적인 성형공법으로는 사출 공정이 있다. 이러한 강점으로 인해 플라스틱은 다양한 산업에서 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 자동차 산업분야에서는 차량 내장재뿐만 아니라, 차량의 경량화를 위해 차체 주요 부위에도 그 적용이 확대되고 있다.
플라스틱 성형품은 고온의 수지를 금형에 사출시켜 고화 또는 경화를 통해 가공될 수 있다. 구체적으로, 고온의 수지가 고속, 고압으로 금형에 주입되고, 금형 속에서 굳은 플라스틱이 인출됨으로써 플라스틱 성형품이 제작된다.
다만, 이러한 사출성형 공정 중 플라스틱 성형품에는 냉각 온도 등의 불균일로 인해 잔류응력이 발생할 수 있다. 잔류응력은 물체에 물리적인 자극이 제거된 뒤에도 남아있는 응력을 일컫는데, 고온의 수지가 냉각될 때 비정상적인 조건에서 성형품 내에 생성될 수 있다. 성형품에 잔류응력이 존재할 경우 강도 저하의 원인이 되며, 변형되거나 심한 경우 크랙이 발생하거나 파괴될 수도 있다.
따라서, 플라스틱 성형품의 품질 확보를 위해서는 잔류응력을 평가하고 예측하는 기술이 필수적이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
플라스틱 성형품의 잔류응력을 예측할 수 있는 잔류응력 예측장치 및 예측방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 잔류응력 예측장치는 테라헤르츠파를 검사대상인 대상물에 조사하고, 상기 대상물을 투과 또는 상기 대상물로부터 반사하도록 구성되는 상기 테라헤르츠파를 검출하도록 구성되는 검사유닛; 및 상기 검사유닛에 의해 검출된 테라헤르츠파에 기초하여 상기 대상물의 잔류응력을 예측하도록 구성되는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일부 실시형태에 따른 잔류응력 예측방법은 발생기에 의해 대상물에 테라헤르츠파를 조사하는 단계; 검출기에 의해 상기 대상물을 투과 또는 상기 대상물로부터 반사된 테라헤르츠파를 검출하는 단계; 및 조사된 테라헤르츠파 및 투과 또는 반사된 테라헤르츠파에 기초하여 제어기에 의해 상기 대상물의 잔류응력을 예측하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 플라스틱 성형품의 잔류응력을 예측할 수 있는 잔류응력 예측장치 및 예측방법이 제공된다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 구성도를 도시하고,
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 잔류응력 예측장치를 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 일부 구성을 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 편광자의 작동을 도시하고,
도 5는 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 예시적인 스캔 경로를 도시하고,
도 6은 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치에 의해 검출된 검출 데이터를 도시하고,
도 7은 본 발명에 따른 잔류응력 예측방법의 흐름도를 도시한다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 잔류응력 예측장치를 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 일부 구성을 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 편광자의 작동을 도시하고,
도 5는 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 예시적인 스캔 경로를 도시하고,
도 6은 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치에 의해 검출된 검출 데이터를 도시하고,
도 7은 본 발명에 따른 잔류응력 예측방법의 흐름도를 도시한다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
플라스틱의 잔류응력은 다양한 방법을 통해 검사되고 있다. 이들 알려진 방법 중 최근에는 검사 대상물의 훼손이 없는 비파괴 검사방법이 선호되고 있다. 비파괴, 비접촉 검사방법에서는 X선, 비선형 초음파, 광파 등 임의의 파를 검사 대상물에 투과시키고, 투과를 통해 획득되는 테라헤르츠파를 분석함으로써 잔류응력이 검사된다. 또한, 투명 플라스틱의 경우에는 광원을 이용한 광탄성법도 사용되고 있다.
다만, 현재 사용되고 있는 검사 기술의 경우 한계가 존재한다. 예를 들어, X선을 사용하는 경우에는 검사인력이 방사능에 노출될 위험이 있다. 그리고 잔류응력 평가를 위해서는 할로겐, 광파 등이 검사 대상물을 투과한 뒤 변하는 변화량이 측정되어야 하는데, 불투명한 재료는 광원이 투과할 수 없으므로 잔류응력 측정이 어렵다는 문제가 있다.
이에 본 발명은 높은 신뢰성으로 투명 플라스틱뿐만 아니라 불투명 플라스틱의 잔류응력까지 측정할 수 있는 잔류응력 예측장치를 제공하고자 한다. 특히, 본 발명은 테라헤르츠(terahertz)파를 이용한 잔류응력 예측장치를 제안하고자 한다.
테라헤르츠파는 전자기 스펙트럼에서 적외선과 전파 사이에 위치하는 0.1 내지 10 테라헤르츠의 진동수를 갖는 전자기파이다.
테라헤르츠파는 잔류응력 측정에 유리하게 작용할 수 있는 몇 가지 특성을 갖는다. 첫째, 테라헤르츠파는 X선과 달리 이온화가 발생하지 않는다. 따라서, 생체 조직이나 디옥시리보핵산(DNA)을 손상시킬 위험이 적어 생물학적인 안정성이 보장될 수 있다. 둘째, 테라헤르츠파는 가시광과 근적외선이 투과하기 힘든 세라믹, 플라스틱, 반도체 등과 같은 비전극성 물질을 잘 투과하는 성질이 있다. 그리고 테라헤르츠파는 광학 특성을 보유하고 있어서 기존 광학 부품의 사용이 용이하고, 투과하는 물질의 구성 성분에 따라 신호 세기의 감소 및 위상 변화가 크다. 마지막으로, 테라헤르츠파를 발생시키는 펨토초 펄스 레이저(femtosecond pulse laser)는 광의 세기가 커서 넓은 주파수 영역에서 비교적 큰 세기를 갖는 테라헤르츠파를 생성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치(1)는 검사유닛(100) 및 제어기(200)를 포함한다. 검사유닛(100)은 잔류응력 예측을 위한 측정을 수행하도록 구성되고, 제어기(200)는 검사유닛(100)에 의한 측정 결과를 연산 및 분석하여 검사 대상의 잔류응력을 예측하도록 구성된다.
검사유닛(100)을 간략하게 살펴보면, 검사유닛(100)의 발생기(110)는 테라헤르츠파를 생성하도록 구성된다. 검출기(120)는 검사 대상인 대상물(S)을 통과한 테라헤르츠파의 강도를 검출할 수 있다. 광 분배기(130)는 생성된 테라헤르츠파의 이동 경로를 구성할 수 있다. 그리고 편광자(140)는 테라헤르츠파의 진행방향을 조절할 수 있게 구성된다. 광학부재(150)는 집속 등을 위하여 싱글렛 렌즈 등이 검사유닛(100) 내 적절하게 배치될 수 있다. 편광자 회전기(160)는 검사유닛(100)에 구비된 편광자(140)를 회전시키도록 구성된다. 이송기(170)는 대상물(S)을 이동가능하게 한다.
제어기(200)는 신호 수집부(210) 및 연산부(220)를 포함할 수 있다. 신호 수집부(210)는 검출기(120)에 의하여 검출된 신호를 수집하고, 연산부(220)는 수집된 신호를 분석하여 대상물(S)의 잔류응력을 예측하도록 구성된다.
도 2a는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 잔류응력 예측장치(1)를 도시한다. 본 실시형태에서 잔류응력 예측장치는 대상물(S)로부터 반사된 테라헤르츠파에 기초하여 잔류응력을 예측하도록 구성된다.
발생기(110)는 테라헤르츠파를 생성하고, 잔류응력의 측정 대상이 되는 대상물(S)에 테라헤르츠파를 조사하도록 구성된다. 특히, 발생기(110)는 펄스형 테라헤르츠파를 조사하도록 구성될 수 있다.
또한, 검출기(120a)는 발생기(110)로부터 조사된 테라헤르츠파(I)를 수신한다. 그리고 검출기(120a)는 대상물(S)로부터 반사된 테라헤르츠파(D)도 검출하도록 구성된다.
광 분배기(130)는 테라헤르츠파가 투과 또는 반사 모드로 작동하도록 테라헤르츠파의 이동 경로를 구성한다. 구체적으로, 광 분배기(130)는 발생기(110)로부터 조사된 테라헤르츠파(I)를 통과시켜 대상물(S)로 입사될 수 있도록 하고, 대상물(S)에서 반사된 테라헤르츠파(D)를 검출기(120a)로 안내하도록 구성된다.
편광자(140a, 140b)는 발생기(110) 및 검출기(120a)에 각각 구비될 수 있다. 편광자(140a, 140b)는 대상물(S) 내 잔류응력 방향을 예측할 수 있도록 테라헤르츠파의 진행방향을 360° 조절하도록 구성된다(도 4 참조). 일 구현예에서, 발생기(110)의 편광자(140a)와 검출기(120a)의 편광자(140b)는 서로 직교하도록 배치된다.
편광은 전자기파가 진행할 때 파를 구성하는 전기장이나 자기장이 특정한 방향으로 진동하는 현상으로, 편광자(140a, 140b)가 서로 직교된 상태에서는 테라헤르츠파의 진행방향과 검출기(120a)의 편광자(140b)의 방향이 달라지게 되어 검출기를 투과하지 못한다. 하지만, 잔류응력 상태에 따라 시편 내부의 상태가 변한 시편을 투과한 테라헤르츠파는 신호 차이가 발생하게 되고 편광자(140a, 140b)가 서로 직교된 상태에서도 잔류응력의 영향에 의해서 테라헤르츠파는 검출기를 투과할 수 있게 된다. 본 이러한 발명에서는 테라헤르츠파의 편광 특성을 이용하여 잔류응력의 크기와 방향을 예측하는 모델을 수립하였다.
또한, 발생기(110) 및 검출기(120a) 각각은 편광자 회전기(160a, 160b)를 더 포함한다. 편광자 회전기(160)는 발생기(110)의 편광자(140a) 및 검출기(120a)의 편광자(140b) 각각을 회전시키도록 구성된다. 발생기(110)의 편광자 회전기(160a)와 검출기(120a)의 편광자 회전기(160b)는 편광자(140a, 140b)가 직교된 상태에서 동시에 회전할 수 있도록 한다(도 3 참조).
대상물(S) 내 잔류응력이 존재하는 경우 대상물(S) 내부의 상태가 변하게 되고, 이는 편광 특성에 따라 검출되는 테라헤르츠파에 차이를 발생시킨다. 본 발명에 의하면, 이러한 신호의 차이에 기초하여 잔류응력의 방향이 예측될 수 있다. 구체적으로, 발생기(110)의 편광자(140a)와 검출기(120a)의 편광자(140b)가 직교하도록 배치된 상태에서 검출기(120a)로 하여금 반사된 테라헤르츠파를 검출하도록 한다. 그리고 편광자(140a)와 편광자(140b)가 직교 상태를 유치한 채로 0°부터 180°까지 회전하도록 각 편광자 회전기(160a, 160b)를 회전시키면서 계속해서 검출기(120a)로 하여금 반사된 테라헤르츠파를 검출하도록 한다. 0°부터 180°까지 각도의 일정 증분마다 검출된 테라헤르츠파의 진폭 또는 강도는 테라헤르츠파의 편광 특성에 의해 잔류응력이 존재하는 방향, 즉, 주응력 방향에서 가장 큰 값을 갖게 된다. 따라서, 이러한 과정에서 대상물(S) 내 잔류응력의 방향이 예측될 수 있다. 이송기(170)는 대상물(S)을 평면방향, 즉, x축 방향과 y축 방향으로 이송시킬 수 있다. 예시적으로 도 5에 잘 나타난 바와 같이, 이송기(170)를 통해 대상물(S)을 이동시키면서 사용자가 원하는 검사 부위에 대하여 시작점(PS)부터 종료점(PE)까지의 스캔 경로를 따라 2차원 면적 스캔 및 검사를 진행하게 할 수 있다.
도 2a를 재참조하면, 제어기(200)는 검출된 테라헤르츠파를 분석하고 잔류응력을 예측하도록 구성된다. 구체적으로, 제어기(200)는 발생기(110)로부터 검출기(120a)가 직접 수신한 테라헤르츠파(I)와 대상물(S)로부터 반사되어 검출기(120a)에 의해 검출된 테라헤르츠파 (D)를 비교하도록 구성된다. 검사 대상에 조사된 테라헤르츠파(I)와 검출된 테라헤르츠파(D)의 강도와 시간 지연에 기초하여 제어기(200)는 잔류응력을 예측할 수 있다.
제어기(200)의 신호 수집부(210)는 검사 대상에 조사된 테라헤르츠파(I)와 반사된 테라헤르츠파(D)를 모두 수집하도록 구성된다. 그리고 신호 수집부(210)에 의해 수집된 테라헤르츠파(I, D)는 연산부(220)로 전달된다. 연산부(220)는 수집된 검사 대상에 조사된 테라헤르츠파(I)와 반사된 테라헤르츠파(D)의 비교를 통해 대상물(S)의 잔류응력을 산출하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 편광자 회전기(160a, 160)를 0°부터 180°까지 일정 스텝으로 회전시키고, 이때 제어기(200)의 신호 수집부(210)는 각 각도별 검출된 테라헤르츠파마다 테라헤르츠파의 최대 강도를 수집한다. 신호 수집부(210)에 의해 수집된 검사 대상에 조사된 테라헤르츠파(I)와 반사된 테라헤르츠파(D)를 비교하여 연산부(220)는 테라헤르츠파의 최대 강도가 위치하는 시간 지연을 산출한다. 산출된 시간 지연을 이용하여 제어기(200)는 대상물(S)의 잔류응력을 예측할 수 있다.
검출된 테라헤르츠파의 굴절률(ns)은 수학식 1로부터 결정될 수 있다.
[수학식 1]
여기에서, Δt는 시간 지연을, c는 진공 중 빛의 속력을, Ts는 대상물(S)의 두께를 가리킨다.
굴절률(ns)은 시간 지연(Δt)에 비례하고, 굴절률(ns)은 잔류응력의 양에 비례하므로 제어기(200)는 검출된 테라헤르츠파의 최대 강도와 시간 지연을 이용하여 대상물(S)의 잔류응력을 예측할 수 있다.
예시적으로, 도 6과 같이, 0°부터 180°까지 각도의 일정 증분마다 검출된 테라헤르츠파 세트가 획득될 수 있다. 검출된 테라헤르츠파 세트 중 각 테라헤르츠파는 특정 각도에서 획득된 것이다. 비제한적인 예로서, 각 그래프는 0°, 10°, 20°, ??, 180°에서 검출된 것이고, 이 경우 각도의 일정 증분은 10°이다. 최대 강도는 시간 지연(Δt)이 20피코초와 22.5피코초 사이에 위치하는 것을 알 수 있고, 이로부터 잔류응력이 존재하는 것을 판단할 수 있다. 잔류응력의 크기는 해당 최대 강도에서의 시간 지연(Δt)을 이용하여 수학식 1에 기초하여 결정될 수 있다. 잔류응력의 방향은 해당 최대 강도를 갖는 검출된 테라헤르츠파의 진행방향인 회전 각도 값으로 정해질 수 있다. 이 경우 해당 검출된 테라헤르츠파는 발생기(110)의 편광자(140a)와 검출기(120a)의 편광자(140b)가 120° 회전되었을 때 관찰된 신호이다.
도 2b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 잔류응력 예측장치(1)를 도시한다. 본 실시형태에서는 대상물(S)을 투과하는 테라헤르츠파를 이용하여 대상물(S)의 잔류응력이 예측된다. 이하에서 도 2a의 실시형태와 중복되는 내용은 일부 생략될 수 있으며, 본 실시예에서는 광 분배기(130)는 포함될 수도 있고 생략될 수도 있다.
발생기(110)는 테라헤르츠파(I)를 생성하고, 테라헤르츠파(I)는 대상물(S)에 조사된다.
검출기(120b)는 발생기(110)로부터 생성된 테라헤르츠파(I)를 직접 수신하고, 동시에 대상물(S)을 투과한 테라헤르츠파(D)를 수신하도록 구성된다.
편광자(140a, 140c)는 발생기(110) 및 검출기(120b)에 각각 구비될 수 있다. 편광자(140a, 140c)는 대상물(S) 내 잔류응력 방향을 예측할 수 있도록 테라헤르츠파의 진행방향을 360° 조절하도록 구성된다. 일 구현예에서, 발생기(110)의 편광자(140a)와 검출기(120b)의 편광자(140c)는 서로 직교하도록 배치된다.
발생기(110) 및 검출기(120b) 각각은 편광자 회전기(160a, 160c)를 더 포함한다. 편광자 회전기(160a, 160c)는 발생기(110)의 편광자(140a) 및 검출기(120b)의 편광자(140c) 각각을 회전시키도록 구성된다. 발생기(110)의 편광자 회전기(160a)와 검출기(120b)의 편광자 회전기(160c)는 편광자(140a, 140c)가 직교된 상태에서 회전할 수 있도록 한다.
본 실시형태에서도, 이송기(170)가 구비되어 대상물(S)을 x축 방향 또는 y축 방향으로 이동가능하게 한다.
또한, 제어기(200)는 검출기(120b)가 검출한 테라헤르츠파(I)와 투과된 테라헤르츠파(D)를 비교하도록 구성된다. 신호 수집부(210)가 조사된 테라헤르츠파(I)와 투과된 테라헤르츠파(D)를 모두 수집하고, 수집된 테라헤르츠파(I, D)를 연산부(220)로 전달한다. 연산부(220)는 수집된 테라헤르츠파(I, D)의 강도와 시간 지연에 기초하여 잔류응력을 산출하도록 구성된다.
도 2c는 도 2a의 반사파의 검출 방식과 도 2b의 투과파의 검출 방식이 결합된 본 발명의 일부 실시형태를 도시한다. 앞서 도 2a와 2b의 실시형태에서 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 추가적으로 참고하여 본 발명에 따른 잔류응력 예측장치의 작동은 이하와 같이 진행될 수 있다.
단계 S10에서 잔류응력 예측장치(1)에 의한 대상물(S)의 잔류응력 측정이 시작된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 지그(J)에 대상물(S)이 고정된다(S12). 지그(J)는 대상물(S)을 장착한 채로 이송기(170)에 의해 이동되도록 구성될 수 있다.
도 5를 재참조하면, 미리 설정된 스캔 경로를 따라 대상물(S)이 검사될 수 있도록 이송기(170)를 동작시켜 발생기(110)가 스캔의 시작점(PS)에 위치하도록 할 수 있다(S14).
도 3에 잘 나타난 바와 같이, 대상물(S)에 테라헤르츠파(I)가 수직하게 입사되도록 발생기(110), 광 분배기(130) 및/또는 대상물(S)의 각도가 조정된다(S16).
단계 S18에서, 발생기(110)에서 펄스형 테라헤르츠파가 조사된다. 조사된 테라헤르츠파(I)는 검출기(120a, 120b)로 직접 입력되고, 동시에 검사 대상인 대상물(S)을 투과 및/또는 반사된 뒤 각 검출기(120)로 입력된다.
스캔 경로 내 각 지점에서 편광자 회전기(160)에 의해 각 편광자(140)가 회전되면서 측정이 수행된다(S20). 발생기(110)의 편광자(140a)와 검출기(120a)의 편광자(140b) 또는 발생기(110)의 편광자(140a)와 검출기(120b)의 편광자(140c)는 직교된 상태로 회전을 시작하여 직교된 상태가 유지되도록 하여 0°부터 180°까지 회전될 수 있다. 일 구현예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 편광자(140)는 대상물(S)을 기준으로 시계방향으로 회전하도록 구성될 수 있다.
편광자(140)가 회전되는 동안 검출기(120)에 의해 검사 대상에 조사된 테라헤르츠파(I)와 반사된 테라헤르츠파(D)는 계속해서 측정된다(S22).
제어기(200)는 검출기(120)에 의해 검출된 테라헤르츠파를 전달받고, 이를 분석하여 잔류응력을 예측한다(S24). 구체적으로, 제어기(200)는 대상물(S)에 조사된 테라헤르츠파(I)와 반사된 테라헤르츠파(D)의 강도와 시간 지연을 비교하여 대상물(S)의 잔류응력의 크기를 예측하고, 편광자(140)의 회전을 통해 검출된 최대 강도에 기초하여 잔류응력의 방향을 예측할 수 있다. 그리고 앞서 이송기(170)를 동작시켜 대상물(S)의 미리 설정된 경로를 따라 검사자가 원하는 검사 부위의 검사가 수행될 수 있다.
그리고 단계 S26에서 측정 프로세스는 종료된다.
본 발명에 따른 잔류응력 예측장치는 투명한 재질뿐만 아니라 불투명한 플라스틱의 잔류응력의 예측을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 잔류응력 예측장치는 공정의 어느 단계에서도 사용이 가능하다. 특히, 반사 방식 검출법에 의하면 외부에서 측정을 가능하게 하므로 생산 공정, 완제품 검사 시 등 널리 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 잔류응력 예측장치는 비접촉, 비파괴 방식에 의하므로 검사 대상을 변형시키거나 손상시키지 않는다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
100: 검사유닛
110: 발생기
120, 120a, 120b: 검출기 130: 광 분배기
140, 140a, 140b, 140c: 편광자 150: 광학부재
160, 160a, 160b, 160c: 편광자 회전기
170: 이송기 200: 제어기
210: 신호 수집부 220: 연산부
S: 대상물 I: 테라헤르츠파
D: 테라헤르츠파 J: 지그
Ps: 시작점 PE: 종료점
120, 120a, 120b: 검출기 130: 광 분배기
140, 140a, 140b, 140c: 편광자 150: 광학부재
160, 160a, 160b, 160c: 편광자 회전기
170: 이송기 200: 제어기
210: 신호 수집부 220: 연산부
S: 대상물 I: 테라헤르츠파
D: 테라헤르츠파 J: 지그
Ps: 시작점 PE: 종료점
Claims (20)
- 테라헤르츠파를 검사대상인 대상물에 조사하고, 상기 대상물을 투과 또는 상기 대상물로부터 반사하도록 구성되는 상기 테라헤르츠파를 검출하도록 구성되는 검사유닛; 및
상기 검사유닛에 의해 검출된 테라헤르츠파에 기초하여 상기 대상물의 잔류응력을 예측하도록 구성되는 제어기;
를 포함하는 것인 잔류응력 예측장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 검사유닛은,
상기 테라헤르츠파를 생성하고 조사하도록 구성되는 발생기; 및
상기 발생기로부터 조사된 테라헤르츠파를 직접 수신하고, 상기 대상물을 투과 또는 반사한 테라헤르츠파를 검출하도록 구성되는 검출기;
를 포함하는 것인 잔류응력 예측장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 발생기는 상기 발생기에서 조사된 테라헤르츠파의 진행방향에 대하여 상기 발생기의 하류에 배치되는 제1 편광자를 포함하고,
상기 검출기는 상기 대상물을 투과 또는 반사한 테라헤르츠파의 진행방향에 대하여 상기 검출기의 상류에 배치되는 제2 편광자를 포함하는 것인 잔류응력 예측장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 제1 편광자 및 제2 편광자는 서로 직교하도록 배치되는 것인 잔류응력 예측장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 발생기 및 상기 검출기는 각각 상기 제1 편광자 및 제2 편광자를 회전시키도록 구성되는 편광자 회전기를 포함하는 것인 잔류응력 예측장치.
- 청구항 3에 있어서,
상기 발생기에서 조사되는 테라헤르츠파의 진행방향에 대하여 상기 제1 편광자의 하류에 배치되고, 상기 테라헤르츠파의 이동을 안내하도록 구성되는 광 분배기를 더 포함하는 것인 잔류응력 예측장치. - 청구항 6에 있어서, 상기 검출기는 상기 대상물로부터 반사되는 테라헤르츠파를 검출하도록 구성되는 제1 검출기이고,
상기 광 분배기는 상기 반사되는 테라헤르츠파를 상기 제1 검출기로 지향시키도록 구성되는 것인 잔류응력 예측장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 테라헤르츠파는 상기 대상물의 표면에 대하여 수직하게 입사되도록 구성되는 것인 잔류응력 예측장치. - 청구항 1에 있어서, 조사된 상기 테라헤르츠파의 입사방향에 대한 수직한 평면 상에서 상기 대상물을 이동가능하게 장착하는 이송기를 더 포함하는 것인 잔류응력 예측장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 대상물은 투명 또는 불투명한 플라스틱인 것인 잔류응력 예측장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 테라헤르츠파는 펄스형인 것인 잔류응력 예측장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 제어기는 조사된 상기 테라헤르츠파 및 반사된 테라헤르츠파의 강도와 시간 지연에 기초하여 상기 대상물의 잔류응력을 예측하도록 구성되는 것인 잔류응력 예측장치.
- 발생기에 의해 대상물에 테라헤르츠파를 조사하는 단계;
검출기에 의해 상기 대상물을 투과 또는 상기 대상물로부터 반사된 테라헤르츠파를 검출하는 단계; 및
조사된 테라헤르츠파 및 투과 또는 반사된 테라헤르츠파에 기초하여 제어기에 의해 상기 대상물의 잔류응력을 예측하는 단계;
를 포함하는 것인 잔류응력 예측방법. - 청구항 13에 있어서, 상기 테라헤르츠파를 검출하는 단계는,
제1 편광자와 제2 편광자가 직교를 유지한 상태에서 상기 제1 편광자 및 제2 편광자를 일정 각도 범위 내에서 회전시키면서 상기 제어기에 의해 각도의 일정 증분마다 검출된 테라헤르츠파 세트를 검출하는 단계를 포함하고,
상기 제1 편광자는 상기 테라헤르츠파의 진행방향에 대하여 상기 발생기의 하류에 배치되고, 상기 제2 편광자는 제1 편광자와 직교하도록 상기 검출기의 상류에 배치되는 것인 잔류응력 예측방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 잔류응력을 예측하는 단계는, 상기 제어기에 의해,
검출된 상기 테라헤르츠파 세트 중 최대 강도를 수집하는 단계; 및
상기 최대 강도에 기초하여 잔류응력의 방향을 예측하는 단계;
를 포함하는 것인 잔류응력 예측방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 잔류응력을 예측하는 단계는, 상기 제어기에 의해,
검출된 상기 테라헤르츠파 세트 중 최대 강도를 수집하는 단계;
조사된 상기 테라헤르츠파 및 상기 최대 강도를 갖는 테라헤르츠파 사이의 시간 지연을 산출하는 단계; 및
산출된 상기 시간 지연에 기초하여 잔류응력의 크기를 예측하는 단계;
를 포함하는 것인 잔류응력 예측방법. - 청구항 14에 있어서, 상기 일정 각도 범위 내의 회전은 상기 제1 편광자 및 제2 편광자를 시계방향으로 0° 내지 180° 회전시키는 것인 잔류응력 예측방법.
- 청구항 13에 있어서, 상기 테라헤르츠파의 조사 전,
상기 대상물을 테라헤르츠파의 입사방향에 대하여 수직한 평면 상에서 이동가능하게 이송기에 장착하는 단계;
를 더 포함하는 것인 잔류응력 예측방법. - 청구항 18에 있어서, 상기 장착하는 단계 후,
상기 대상물에 미리 설정된 측정점이 상기 발생기와 정렬되도록 상기 이송기를 작동시키는 단계;
를 포함하는 것인 잔류응력 예측방법. - 청구항 19에 있어서, 상기 검출하는 단계 후,
상기 이송기를 작동시켜 상기 측정점으로부터 미리 설정된 경로를 따라 상기 대상물을 이동시키며 상기 경로를 따라 테라헤르츠파를 조사하고 검출하는 것을 반복하는 단계;
를 포함하는 것인 잔류응력 예측방법.
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