KR20240063305A - 표면 및 파괴 거동 분석 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시편에 대한 인장, 굴곡, 말림 시험 등을 포함하는 표면 분석과 파괴 거동 분석을 동시에 수행할 수 있도록, 시편을 고정하여 시편에 인장력을 인가하는 인장부; 상기 시편으로 스트레인 분석 또는 크랙 검사 중 하나 이상의 표면 및 파괴 거동 분석을 위한 광을 조사하는 광원부; 및, 상기 시편으로부터 반사 또는 누설되는 광을 수광하여 표면 분석 영상 또는 크랙 검출 영상 중 하나 이상을 생성하는 광학계부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 시편 검사 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시편에 대한 인장, 굴곡, 말림 시험 등을 포함하는 표면 분석과 파괴 거동 분석을 동시에 수행할 수 있도록 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 프리 폼 팩터(free form factor) 유연 디스플레이를 위한 기판, 커버윈도우 등의 높은 표면 내구성과 더불어 일정 수준 이상의 연신 특성을 가져야 만 한다.
즉, 유연 디스플레이용 기판, 커버윈도우 등의 유연하면서 내스크래치 특성을 요구하는 분야에서는 소재의 기초적인 인장 물성, 표면 경도를 비롯하여 반복 변형에 대한 내구성, 신뢰성 등의 특성을 만족하는 것이 매우 중요하다. 또한, 유연 하드코팅, 유연 외장재, 유연 보호층과 같은 소재 분야, 특히 플렉시블 커버윈도우의 경우 표면 경도 특성과 인장 강도 및 신율 특성의 정확한 평가가 중요하다.
플렉시블(flexible) 커버윈도우용 소재로 필름, 코팅, UTG(Ultrathin Glass) 등 다양한 소재들이 사용되고 있으나, 이에 대한 평가 기술은 반복 변형 테스트를 통한 반복 신뢰성 내구도 평가 수준에 머무르고 있다. 이러한 평가 기술은 직관적이나, 평가에 시간이 많이 소모되고, 소재 자체의 물성치에 대한 정확한 분석 데이터 수득이 어렵다.
기존의 UTM(universal test machine) 장비를 이용한 인장 평가의 경우 응력 변형도 선도(strain-stress curve)로부터 1차원적인 소재 인장 강도 및 인장 물성에 대한 정보 등의 소재의 벌크(bulk)한 물성치 분석은 가능하나, 미세한 파괴 거동과 표면 변형 등의 변화 관측은 어렵다. 이를 보완하고자 이미징 장비와 결합하여 시편의 표면 분석을 통해 신율 특성을 동시에 확인하는 디지털 이미지 상관법(digital image correlation, DIC)을 활용하기도 하나, 이러한 방식의 경우 미세한 크랙과 같은 파괴흔 관찰이 어려워 정확한 크랙 스트레인(Crack strain) 및 인장-파괴 특성의 분석이 어렵다.
따라서 유연 디스플레이에 적합한 소재 도출을 위해서는 소재 물성 평가와 시편 표면의 분석 및 관측이 동시에 가능한 검사 기술이 필요하다.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 서로 다른 파장 또는 편광의 시험 광원을 기반으로 시편에 대한 인장, 굴곡, 말림 시험 등을 포함하는 표면 분석과 파괴 거동 분석을 동시에 수행할 수 있도록 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 파장과 편광이 서로 다른 두 광원과, 이를 적절하게 분리 가능한 광학계를 통하여 인장 시험 중인 시편의 표면 이미징과 인장 시험 중 발생하는 미세 크랙의 생성을 효과적으로 검사 할 수 있도록 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 시편을 고정하여 시편에 인장력을 인가하는 인장부; 상기 시편으로 스트레인 분석 또는 크랙 검사 중 하나 이상의 표면 및 파괴 거동 분석을 위한 광을 조사하는 광원부; 및, 상기 시편으로부터 반사 또는 누설되는 광을 수광하여 표면 분석 영상 또는 크랙 검출 영상 중 하나 이상을 생성하는 광학계부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치를 제공한다.
상기 인장부는 상기 시편을 고정하는 하나 이상의 홀더부; 및 상기 홀더부를 이동시켜 상기 시편에 인장력을 가하도록 상기 홀더부가 장착되는 인장력인가부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 홀더부는 상기 시편의 상부 및 하부 단부를 각각 고정하는 한 쌍의 홀더; 및 상기 시편(에 형성된 하나 이상의 증착도선에 접속되는 하나 이상의 탐침전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부는 시편의 스트레인 분석을 위한 제1광을 조사하는 제1광원; 및 상기 시편의 크랙 검출을 위해 상기 시편 내부로 제2광을 조사하는 제2광원을 포함하고, 상기 제1광과 제2광은 서로 다른 파장 또는 편광을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광학계부는 상기 시편에서 반사되는 표면 스트레인 분석을 위한 제1광과 상기 시편에서 방출되는 크랙 검출을 위한 제2광의 누설광을 수광하여 초점을 맞추도록 다수의 렌즈가 배열된 광수광부; 상기 광수광부를 통해 수광된 상기 제1광과 누설광을 두 경로로 분리하는 빔스플리터부; 상기 빔스플리터부에서 분리된 상기 제1광을 수광하여 스트레인 분석 영상을 생성하는 스트레인 분석 비전부; 및 상기 빔스플리터부에서 분리된 상기 누설광을 수광하여 크랙 검출 영상을 생성하는 크랙 검출 비전부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 스트레인 분석 비전부는 상기 빔스플리터부에서 분리된 제1광만을 투과시키는 제1필터; 및 상기 제1필터를 투과한 제1광을 수광하여 스트레인 분석 영상을 생성하는 스트레인 분석 촬상부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 스트레인 분석 비전부는 외부 광이 상기 스트레인 분석 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 제1필터와 상기 스트레인 분석 촬상부의 사이에 외부 광을 차폐하고 상기 제1광의 경로를 형성하는 관상의 스트레인 분석 광경로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 스트레인 분석 영상은 상기 시편의 각 위치별 스트레인의 크기, 즉, 응력 변형도를 서로 구별되는 색상으로 표시하도록 생성될 수 있다.
상기 크랙 검출 비전부는 상기 빔스플리터부에서 분리된 누설광만을 투과시키는 제2필터; 및 상기 제2필터를 투과한 상기 누설광을 수광하여 크랙 검출 영상을 생성하는 크랙 검출 촬상부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 크랙 검출 비전부는 외부 광이 상기 크랙 검출 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 제2필터와 상기 크랙 검출 촬상부의 사이에 외부 광을 차폐하고 누설광의 경로를 형성하는 관상의 크랙 검출 광경로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 크랙 검출 영상은 상기 시편과 상기 시편의 크랙 부위의 위치를 표시하도록 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광원부는, 상기 시편의 스트레인 분석면으로 제1광을 조사하는 제1광원; 및 상기 시편의 크랙 검출을 위해 상기 시편의 내부로 제2광을 조사하는 제2광원을 포함하고, 상기 광학계부는, 상기 시편의 상기 스트레인 분석면에 대향되게 설치되어 상기 스트레인 분석면에서 반사된 제1광을 수광하여 스트레인 분석 영상을 생성하는 스트레인 분석 촬상부; 및 상기 시편의 크랙 발생면에 대향되게 설치되어 상기 크랙 발생면 영상을 촬영하여 크랙 검출 영상을 생성하는 크랙 검출 촬상부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 광학계부는, 외부 광이 상기 스트레인 분석 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 스트레인 분석면과 상기 스트레인 분석 촬상부의 사이에 스트레인 분석 광의 경로를 형성하여 외부 광을 차폐하는 관상의 스트레인 분석 광경로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 광학계부는, 외부 광이 상기 크랙 검출 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 크랙 발생면과 상기 크랙 검출 촬상부의 사이에 누설광의 경로를 형성하여 외부 광을 차폐하는 관상의 크랙 검출 광경로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치는 시편에 대한 인장, 굴곡, 말림 시험 등을 포함하는 표면 분석과 파괴 거동 분석을 동시에 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
따라서 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치는 변형 시험 평가 중 시편의 표면 이미징 및 파괴흔 분석이 동시에 가능하며, 기존의 기초적인 벌크 소재의 기초 물성 평가를 포함하여 변형 시험 중의 표면 스트레인 변화나 크랙 등의 파괴 거동의 동시 관측을 가능하게 한다.
이러한 결과를 바탕으로 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치는 특정 변형에 대한 소재의 내구성, 저항성, 신뢰성 등의 다양한 특성치의 수득이 동시에 가능하도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치는, 이러한 특성을 요구로 하는 유연 디스플레이용 기판, 폴더블/롤러블/슬라이더블 등의 플렉시블 커버윈도우, 곡면 성형이 가능한 하드코팅 외장재 등의 분야에 적용 하기 위한 소재 물성치 분석 및 소재 도출에 특히 효과적이다.
또한, 기존의 UTM(universal test machine) 시험 평가의 경우 1차원 적인 단순 물성치 정보 취득만 가능하고, 반복 시험 평가와 같은 방식은 직관적인 결과를 보여주나 시험에 시간이 매우 오래 걸리는데 반해, 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치는 짧은 시간 내 복합적인 소재 물성 분석 데이터 수득 및 검사를 가능하게 한다.
즉, 본 발명의 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치는, 기존의 시험방식인 반복 시험 평가나 UTM 인장 평가, DIC 이미징 분석법 대비 하여, 기존 수득 가능한 인장 물성, 3차원 변형 및 표면 스트레인(strain) 데이터의 확보가 가능할 뿐만 아니라, 미세 크랙(Crack) 등으로 인한 파괴흔 분석 및 정확한 크랙 스트레인(Crack strain) 측정을 실시간으로 가능하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치는, 시험 표면의 전도성 물질 증착 등을 통한 도선 형성 및 인장 시험 중 전류/전압/저항 등의 측정을 통해서 표면 변형에 대한 전기적 데이터 수득 또한 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1)의 측면도이다.
도 2는 도 1의 광학계(300)의 상세 구성 및 스트레인 분석 영상(337)과 크랙 검출 영상(347)을 나타내는 도면이다.
도 3은 시편(10)의 크랙 검출을 위한 시편(10)과 제2광원(270)의 설치 상태를 나타내는 도면이다((a) 홀더부(210)의 평면도, (b) 홀더부(210)의 측면도).
도 4는 시편(10)의 인장 전의 제2광(270)의 시편(10) 내에서의 반사 진행을 나타내는 도면이다.
도 5는 시편(10)의 인장 후의 크랙(15) 발생 후의 크랙(15)에서 누설되는 누설광(5230 및 크랙 검출 영상(347)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)의 정면도이다.
도 7은 도 6의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)의 스트레인 분석 및 크랙 검출 광학계 세팅예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 표면 및 파괴 거동 분석 대상 시편(10)의 상세도면이다.
도 2는 도 1의 광학계(300)의 상세 구성 및 스트레인 분석 영상(337)과 크랙 검출 영상(347)을 나타내는 도면이다.
도 3은 시편(10)의 크랙 검출을 위한 시편(10)과 제2광원(270)의 설치 상태를 나타내는 도면이다((a) 홀더부(210)의 평면도, (b) 홀더부(210)의 측면도).
도 4는 시편(10)의 인장 전의 제2광(270)의 시편(10) 내에서의 반사 진행을 나타내는 도면이다.
도 5는 시편(10)의 인장 후의 크랙(15) 발생 후의 크랙(15)에서 누설되는 누설광(5230 및 크랙 검출 영상(347)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)의 정면도이다.
도 7은 도 6의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)의 스트레인 분석 및 크랙 검출 광학계 세팅예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 표면 및 파괴 거동 분석 대상 시편(10)의 상세도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1)의 측면도, 도 2는 시편(10)의 크랙 검출을 위한 시편(10)과 제2광원(270)의 설치 상태를 나타내는 도면((a) 홀더부(210)의 평면도, (b) 홀더부(210)의 측면도), 도 3은 도 1의 광학계(300)의 상세 구성 및 스트레인 분석 영상(337)과 크랙 검출 영상(347)을 나타내는 도면이다,
도 1 내지 도 3과 같이, 상기 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1)는, 시편(10)을 고정하여 시편(10)에 인장력을 인가하는 인장부(200); 상기 시편(10)으로 스트레인 분석 또는 크랙 검사 중 하나 이상의 표면 및 파괴 거동 분석을 위한 광을 조사하는 광원부(250); 및, 상기 시편(10)으로부터 반사 또는 누설되는 광을 수광하여 표면 분석 영상 또는 크랙 검출 영상 중 하나 이상을 생성하는 광학계부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1과 같이, 상기 인장부(200)는 시편(10)을 고정하는 하나 이상의 홀더부(210)와 상기 홀더부(210)를 이동시켜 상기 시편(10)에 인장력을 가하도록 상기 홀더부(210)가 장착되는 인장력인가부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 및 도 3과 같이, 상기 홀더부(210)는 상기 시편(10)의 상부 및 하부 단부를 각각 고정하는 한 쌍의 커스텀 그립 등의 홀더(211); 상기 시편(10)에 형성된 하나 이상의 증착도선(11)에 접속되는 하나 이상의 탐침전극(230)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 한 쌍의 홀더(311) 중 하부의 홀더(311)는 고정되고, 상부의 홀더(311)는 상기 인장력인가부(240)에 상하 이동 가능하게 장착될 수 있다. 상술한 구성에 의해 상기 한 쌍의 홀더(311)로 시편(10)의 상하단부를 각각 고정하고, 상부의 홀더(311)를 승하강시키는 것에 의해 시편(10)에 인장력이 인가된다.
상기 탐침전극(230)은 측면이 모두 부도체로 코팅되는 것에 의해 외부 전기 신호가 유입되는 것이 차단되도록 구성될 수 있다.
상기 광원부(250)는 서로 다른 파장을 가지는 시편의 스트레인 분석을 위한 제1광(261)을 조사하는 제1광원(260)과, 시편의 크랙 검출을 위해 상기 시편 내부로 제2광(271)을 조사하는 제2광원(270)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구성에서 상기 제1광원(260)을 시편의 면을 조사하도록 설치된다. 그리고 상기 제2광원(260)은 도 2와 같이, 시편(10)의 내부로 제2광(2710을 조사하도록 시편(10)을 고정하는 어느 하나의 홀더(211)에 설치될 수 있다. 이때, 상기 시편(10)의 하나 이상의 단부에는 제2광(271)이 시편 내부로 용이하게 조사될 수 있도록 제2광(271)을 시편(10) 내부로 유도하는 크랙검출광홀(13)이 형성될 수 있다.
도3과 같이, 상기 광학계부(300)는 상기 시편(10)에서 반사되는 표면 스트레인 분석을 위한 제1광(261)과 상기 시편(10)에서 방출되는 크랙 검출을 위한 제2광(271)의 누설광(273)을 수광하여 초점을 맞추도록 다수의 렌즈가 배열된 광수광부(310); 상기 광수광부(310)를 통해 수광된 상기 제1광(261)과 누설광(273)을 두 경로로 분리하는 빔스플리터부(320); 상기 빔스플리터부(320)에서 분리된 제1광(261)과 누설광(273) 중 상기 제1광(261)을 수광하여 스트레인 분석 영상(337)을 생성하는 스트레인 분석 비전부(330); 및 상기 빔스플리터부(320)에서 분리된 다른 제1광(261)과 누설광(273) 중 상기 누설광(273)을 수광하여 크랙 검출 영상(347)을 생성하는 크랙 검출 비전부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스트레인 분석 비전부(330)는 상기 빔스플리터부(320)에서 분리된 제1광(261)과 누설광(273) 중 제1광(261)만을 투과시키고 누설광(273)은 차폐하는 제1필터(331)와, 상기 제1필터(331)를 투과한 제1광(261)을 수광하여 스트레인 분석 영상(337)을 생성하는 스트레인 분석 촬상부(335)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 스트레인 분석 비전부(330)는 외부 광이 상기 스트레인 분석 촬상부(335)로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 제1필터(331)와 상기 스트레인 분석 촬상부(335)의 사이에 외부 광을 차폐하고 제1광(261)의 경로를 형성하는 관상의 스트레인 분석 광경로(333)를 더 포함하여 구성된다. 상기 구성에서 상기 제1광(261)은 상기 시편(10)의 표면으로 조사되어 반사된 후 상기 스트레인 분석 비전부(330)로 입사되어 스트레인 분석 영상으로 생성된다. 그리고 상기 스트레인 분석 영상(337)은 상기 시편(10)의 각 위치별 스트레인의 크기, 즉, 응력 변형도를 서로 구별되는 색상으로 표시하도록 생성될 수 있다.
상기 크랙 검출 비전부(340)는 상기 빔스플리터부(320)에서 분리된 다른 제1광(261)과 누설광(273) 중 누설광(273)만을 투과시키고 제1광(261)은 차폐하는 제2필터(341)와, 상기 제2필터(341)를 투과한 누설광(273)을 수광하여 크랙 검출 영상(347)을 생성하는 크랙 검출 촬상부(345)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 크랙 검출 비전부(340)는 외부 광이 상기 크랙 검출 촬상부(345)로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 제2필터(341)와 상기 크랙 검출 촬상부(345)의 사이에 외부 광을 차폐하고 누설광(273)의 경로를 형성하는 관상의 크랙 검출 광경로(343)를 더 포함하여 구성된다.
도 4는 시편(10)의 인장 전의 제2광(270)의 시편(10) 내에서의 반사 진행을 나타내는 도면, 도 5는 시편(10)의 인장 후의 크랙(15) 발생 후의 크랙(15)에서 누설되는 누설광(273) 및 크랙 검출 영상(347)를 나타내는 도면이다.
도 4와 같이, 상기 시편(10)이 인장 전에 상기 시편(10)의 내부로 조사된 제2광(271)은 시편(10)의 내부에서 반사되면 진행하게 되어 시편(10)의 외부로 누설되지 않는다. 이 때, 도 5와 같이, 시편(10)에 인장력을 가하여 크랙(15)이 발생한 경우, 상기 크랙(15)을 통해 상기 제2광(271)이 누설광(273)으로 누설되어 광학계부(300)로 유입된 후 크랙 검출 비전부(340)을 통해 상기 크랙 검출 영상으로 생성된다. 상기 크랙 검출 영상(347)은 상기 시편(10)에 생성된 크랙(15)에서 누설된 누설광(273)을 통해 시편(10)과 크랙(349)을 포함하는 영상으로 생성될 수 있다.
상술한 구성의 상기 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1) 중 상기 인장부(200)는 도 1과 같이 베이스(20)의 상부에 고정 설치될 수 있다. 그리고 상기 광학계부(300)는 시편(10)에 대한 초점 조정을 위해 광학계 장착 레일(400) 등을 통해 상기 베이스(20)에 상부에 수평 이동 가능하게 설치될 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1)의 구동 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 시험 대상이 되는 시편(10)의 양단부를 각각 인장부(10)의 홀더(211)에 각각 고정한다. 이때, 상기 시편(10)에 형성된 증착도선(11)에 상기 홀더부(210)의 탐침전극(230)이 접속된다. 그리고 상기 탐침전극(230)에는 시편(10)의 인장력 인가에 따른 전류, 저항 등의 측정을 위해 외부 장치에 접속된 탐침도선(231)이 연결된다.
이 후, 상기 광원부(250)의 제1광원(260)이 제1광(261)을 시편(10)의 표면에 표면 스트레인 분석을 위해 조사한다. 그리고 상기 광원부(250)의 제2광원(270)이 시편(10)의 크랙검출광홀(13)로 크랙 검출을 위해 제2광(271)을 조사한다.
이 후, 인장부(200)의 인장력인가부(240)를 통해 시편(10)에 인장력을 인가한다.
이 과정에서, 시편(10)의 표면에서 반사되는 제1광(261)은 광학계부(300)의 스트레인 분석 비전부(330)로 입사되어 시편(10)의 인장력 인가에 따른 스트레인 분포를 나타내는 스트레인 분석 영상(337)으로 생성된다.
그리고 상기 시편(10)의 크랙(15)에서 누설된 누설광(273)은 광학계부(300)의 크랙 검출 비전부(340)로 입사되어 시편(10)의 인장력 인가에 따른 크랙(15)을 검출하기 위한 크랙 검출 영상(347)으로 생성된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)의 정면도, 도 7은 도 6의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)의 스트레인 분석 및 크랙 검출 광학계 세팅예를 나타내는 도면 및 도 8은 도 7의 표면 및 파괴 거동 분석 대상 시편(10)의 상세도면이다.
도 6 내지 도 8과 같이, 상기 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)는 시편(10)을 고정하여 시편(10)에 인장력을 인가하는 인장부(200)(도 1의 인장부(200)의 구성과 동일), 광원부로서 상기 시편(10)의 스트레인 분석면으로 스트레인 분석광인 제1광(262)을 조사하는 제1광원(260)과 상기 시편(10)의 크랙 검출을 위해 상기 시편(10)의 내부로 크랙 검출광인 제2광(271)을 조사하는 제2광원(270), 광학계로서 상기 시편(10)의 상기 스트레인 분석면에 대향되게 설치되어 상기 스트레인 분석면에서 반사된 제1광(261)을 수광하여 스트레인 분석 영상(337)을 생성하는 스트레인 분석 촬상부(335) 및 상기 시편(10)의 크랙 발생면에 대향되게 설치되어 상기 크랙 발생면 영상을 촬영하여 크랙 검출 영상(347)을 생성하는 크랙 검출 촬상부(345)를 포함하는 간소화된 구조로 구성될 수 있다.
이때, 상기 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)는, 광학계부의 구성으로서, 스트레인 분석 광경로(미도시, 도 1의 '333' 참조) 및 크랙 분석 광경로(미도시, 도 1의 '343' 참조)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 스트레인 분석 광경로는 외부 광이 상기 스트레인 분석 촬상부(335)로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 스트레인 분석면과 상기 스트레인 분석 촬상부(335)의 사이에 스트레인 분석 광의 경로를 형성하여 외부 광을 차폐하는 관상으로 구성될 수 있다.
상기 크랙 검출 광경로는 외부 광이 상기 크랙 검출 촬상부(345)로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 크랙 발생면과 상기 크랙 검출 촬상부(345)의 사이에 누설광의 경로를 형성하여 외부 광을 차폐하는 관상으로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(2)는 시편(10)으로부터 2개의 분석 광(제1광(261) 및 제2광(273), 서로 다른 파장 또는 편광 상태)을 각각의 스트레인 분석 촬상부(335)와 크랙 검출 촬상부(345)가 촬상하여 스트래인 분석 영상(337) 및 크랙 검출 영상(347)을 생성하는 것에 의해, 도 1과 같이, 별도의 빔스플리터나 필터 등의 광학계의 구성 없이 소프트웨어적으로 광을 분리하여 표면 및 파괴 거동 분석을 진행할 수 있도록 한다.
상술한 구성의 본 발명의 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1, 2)는 시편(10)의 표면에 전도성 물질 증착 등을 통한 도선 형성 및 인장 시험 중 전류/전압/저항 등의 측정을 통해서 표면 변형에 대한 전기적 데이터를 수집할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1, 2)는 상기 전기적 데이터의 수집과 동시에, 인장 물성, 3차원 변형 및 표면 스트레인(strain) 데이터의 확보가 가능할 뿐만 아니라, 미세 크랙(Crack) 등으로 인한 파괴흔 분석 및 정확한 크랙 스트레인(Crack strain) 측정을 실시간으로 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 표면 및 파괴 거동 분석 장치(1, 2)는 짧은 시간 내 복합적인 소재 물성 분석 데이터 수득 및 검사를 가능하게 한다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1, 2: 표면 및 파괴 거동 분석 장치
10: 시편
110: 기재층
120: 스트레인 분석 패턴 층
130: 하드 코팅 층
11: 증착도선
13: 크랙검출광홀
15: 크랙
20: 베이스
200: 인장부
210: 홀더부
211: 홀더
230: 탐침전극
231: 탐침도선
240: 인장력인가부
250: 광원부
260: 제1광원(스트레인 분석 광원)
261: 제1광(스트레인 분석광)
270: 제2광원(크랙 검출 광원)
271: 제2광(크랙 검출광)
273: 누설광
300: 광학계부
310: 광수광부
320: 빔스플리터부
330: 스트레인 분석 비전부
331: 제1 필터
333: 스트레인 분석 광경로
335: 스트레인 분석 촬상부
337: 스트레인 분석 영상
339: 스트레인 이미지
340: 크랙 검출 비전부
341: 제2 필터
343: 크랙 검출 광경로
345: 크랙 검출 촬상부
347: 크랙 검출 영상
349: (누설광(273)에 의해 생성된) 크랙 이미지
400: 광학계 장착레일
10: 시편
110: 기재층
120: 스트레인 분석 패턴 층
130: 하드 코팅 층
11: 증착도선
13: 크랙검출광홀
15: 크랙
20: 베이스
200: 인장부
210: 홀더부
211: 홀더
230: 탐침전극
231: 탐침도선
240: 인장력인가부
250: 광원부
260: 제1광원(스트레인 분석 광원)
261: 제1광(스트레인 분석광)
270: 제2광원(크랙 검출 광원)
271: 제2광(크랙 검출광)
273: 누설광
300: 광학계부
310: 광수광부
320: 빔스플리터부
330: 스트레인 분석 비전부
331: 제1 필터
333: 스트레인 분석 광경로
335: 스트레인 분석 촬상부
337: 스트레인 분석 영상
339: 스트레인 이미지
340: 크랙 검출 비전부
341: 제2 필터
343: 크랙 검출 광경로
345: 크랙 검출 촬상부
347: 크랙 검출 영상
349: (누설광(273)에 의해 생성된) 크랙 이미지
400: 광학계 장착레일
Claims (16)
- 시편을 고정하여 시편에 인장력을 인가하는 인장부;
상기 시편으로 스트레인 분석 또는 크랙 검사 중 하나 이상의 표면 및 파괴 거동 분석을 위한 광을 조사하는 광원부; 및,
상기 시편으로부터 반사 또는 누설되는 광을 수광하여 표면 분석 영상 또는 크랙 검출 영상 중 하나 이상을 생성하는 광학계부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제1항에 있어서, 상기 인장부는,
상기 시편을 고정하는 하나 이상의 홀더부; 및
상기 홀더부를 이동시켜 상기 시편에 인장력을 가하도록 상기 홀더부가 장착되는 인장력인가부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제2항에 있어서, 상기 홀더부는,
상기 시편의 상부 및 하부 단부를 각각 고정하는 한 쌍의 홀더; 및
상기 시편(에 형성된 하나 이상의 증착도선에 접속되는 하나 이상의 탐침전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제1항에 있어서, 상기 광원부는,
시편의 스트레인 분석을 위한 제1광을 조사하는 제1광원; 및
상기 시편의 크랙 검출을 위해 상기 시편 내부로 제2광을 조사하는 제2광원을 포함하고, 상기 제1광과 제2광은 서로 다른 파장 또는 편광을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제1항에 있어서, 상기 광학계부는,
상기 시편에서 반사되는 표면 스트레인 분석을 위한 제1광과 상기 시편에서 방출되는 크랙 검출을 위한 제2광의 누설광을 수광하여 초점을 맞추도록 다수의 렌즈가 배열된 광수광부;
상기 광수광부를 통해 수광된 상기 제1광과 누설광을 두 경로로 분리하는 빔스플리터부;
상기 빔스플리터부에서 분리된 상기 제1광을 수광하여 스트레인 분석 영상을 생성하는 스트레인 분석 비전부; 및
상기 빔스플리터부에서 분리된 상기 누설광을 수광하여 크랙 검출 영상을 생성하는 크랙 검출 비전부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제5항에 있어서, 상기 스트레인 분석 비전부는,
상기 빔스플리터부에서 분리된 제1광을 투과시키는 제1필터; 및
상기 제1필터를 투과한 제1광을 수광하여 스트레인 분석 영상을 생성하는 스트레인 분석 촬상부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제6항에 있어서, 상기 스트레인 분석 비전부는,
외부 광이 상기 스트레인 분석 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 제1필터와 상기 스트레인 분석 촬상부의 사이에 외부 광을 차폐하고 상기 제1광의 경로를 형성하는 관상의 스트레인 분석 광경로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제6항에 있어서, 상기 스트레인 분석 영상은,
상기 시편의 각 위치별 응력 변형도를 서로 구별되는 색상으로 표시하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제5항에 있어서, 상기 크랙 검출 비전부는,
상기 빔스플리터부에서 분리된 누설광을 투과시키는 제2필터; 및
상기 제2필터를 투과한 상기 누설광을 수광하여 크랙 검출 영상을 생성하는 크랙 검출 촬상부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제9항에 있어서, 상기 크랙 검출 비전부는,
외부 광이 상기 크랙 검출 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 제2필터와 상기 크랙 검출 촬상부의 사이에 외부 광을 차폐하고 누설광의 경로를 형성하는 관상의 크랙 검출 광경로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제9항에 있어서, 상기 크랙 검출 영상은,
상기 시편과 상기 시편의 크랙 부위의 위치를 표시하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광원부는,
상기 시편의 스트레인 분석면으로 제1광을 조사하는 제1광원; 및
상기 시편의 크랙 검출을 위해 상기 시편의 내부로 제2광을 조사하는 제2광원을 포함하고,
상기 광학계부는,
상기 시편의 상기 스트레인 분석면에 대향되게 설치되어 상기 스트레인 분석면에서 반사된 제1광을 수광하여 스트레인 분석 영상을 생성하는 스트레인 분석 촬상부; 및
상기 시편의 크랙 발생면에 대향되게 설치되어 상기 크랙 발생면 영상을 촬영하여 크랙 검출 영상을 생성하는 크랙 검출 촬상부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제12항에 있어서, 상기 광학계부는,
외부 광이 상기 스트레인 분석 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 스트레인 분석면과 상기 스트레인 분석 촬상부의 사이에 스트레인 분석 광의 경로를 형성하여 외부 광을 차폐하는 관상의 스트레인 분석 광경로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제12항에 있어서, 상기 스트레인 분석 영상은,
상기 시편의 각 위치별 응력 변형도를 서로 구별되는 색상으로 표시하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제12항에 있어서, 상기 광학계부는,
외부 광이 상기 크랙 검출 촬상부로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 크랙 발생면과 상기 크랙 검출 촬상부의 사이에 누설광의 경로를 형성하여 외부 광을 차폐하는 관상의 크랙 검출 광경로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치. - 제2항에 있어서, 상기 크랙 검출 영상은,
상기 시편과 상기 시편의 크랙 부위의 위치를 표시하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 표면 및 파괴 거동 분석 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020220144102A KR20240063305A (ko) | 2022-11-02 | 2022-11-02 | 표면 및 파괴 거동 분석 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220144102A KR20240063305A (ko) | 2022-11-02 | 2022-11-02 | 표면 및 파괴 거동 분석 장치 |
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|---|---|
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| KR1020220144102A KR20240063305A (ko) | 2022-11-02 | 2022-11-02 | 표면 및 파괴 거동 분석 장치 |
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|---|---|
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Citations (2)
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| KR102232290B1 (ko) | 2018-12-31 | 2021-03-25 | 주식회사 포휴 | 비전 검사 장치를 구비한 플렉서블 디스플레이 폴딩장치 |
| KR20220025482A (ko) | 2020-08-24 | 2022-03-03 | 울산과학기술원 | 텐서를 메모리 노드들에 배치하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 장치 |
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2022
- 2022-11-02 KR KR1020220144102A patent/KR20240063305A/ko unknown
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| KR102232290B1 (ko) | 2018-12-31 | 2021-03-25 | 주식회사 포휴 | 비전 검사 장치를 구비한 플렉서블 디스플레이 폴딩장치 |
| KR20220025482A (ko) | 2020-08-24 | 2022-03-03 | 울산과학기술원 | 텐서를 메모리 노드들에 배치하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 장치 |
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