KR910004412B1 - 봉합선 검사 및 칫수 측정장치와 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

봉합선 검사 및 치수 측정장치와 방법
제 1 도는 본 발명의 실시예에 따른 봉합선의 검사 및 측정장치를 나타내는 개략도.
제 2 도는 봉합선을 투사하는 것과 검지기 군(detector array)에 투영된 그 윤곽을 나타내는 제 1 도의 장치의 일부를 자세히 도시한 측면도.
제 3 도는 본 발명의 실시예에 따른 봉합선 검사 및 측정장치와 방법에 쓰이는 전자회로를 개략적으로 예시하는 블럭 다이아그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 봉합선
32 : 다소자 검지기 배열(multielement detector array)
34 : 봉합선 투영 윤곽
44 : 아날로그 비교기(각 검지기의 광입사 여부를 판정하여 "1", "0"의 이진신호 출력)
58 : 계수기
본 발명은 외과 수술용 봉합선의 검사 및 표준치수 측정에 관한 것으로서, 구체적으로 생산공정 중에서 연속적으로 진행하는 가느다란 꼰 봉합선의 직경을 검사하고 또 풀려진 부분과 같은 결합을 발견하고 그 위치를 식별해내는 장치와 방법에 관한 것이다.
등록상표 Dexon
Figure kpo00001
으로 시판되고 있는 형의 봉합선으로 만들어지는 꼰 폴리글리콜린산 실과 같은 가느다란 봉합선의 검사는 종래에는 기계검사와 수동검사를 함께 사용해왔다. 따라서 봉합선의 큰 결함은 조사(照射)광선을 이용하는 장치에 의해 확인된 후 다음 단계에서 이 실을 사람이 손으로 만져 보아서 작은 결점을 찾아 내게되어 있다. 이러한 공정은 많은 시간을 소요하며 집중적인 노동을 요한다. 이러한 어려움에도 불구하고 봉합선의 생산에 있어서는 정밀한 품질검사가 필요되므로 봉합선의 결함을 높은 신뢰도로써 발견하는 검사기를 통해서 봉합선을 연속적으로 뽑아내면서 품질검사를 행할 수 있는 완전자동검사 장치와 방법은 매우 유용하게 쓰일 수 있다.
불투명한 가공품에 광선을 투사시키는 광원과, 투사된 영상의 특성을 비교하여 크기 또는 방향의 차이를 나타내는 출력신호를 발생하는 광전소자(photoelectric sensor)가 배열된 스크린에 가공품의 영상과 광선을 투사시켜서 불투명한 가공품을 검사하는 방법은 본 기술분야에 이미 알려져 있다.
미합중국 특허 제 3, 851, 180 호에는 100㎛의 가느다란 철사의 직경을 측정하는데, 평행한 레이저 광선이 철사에 투사하고 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절영상을 만드는 장치가 소개되어 있다.
회절영상의 최대 광점사이의 간격이 계산된다. 즉, 광학 필터에 의해 신호 레벨은 소정의 회절수와 같도록 만들어지며 신호에 감응하는 광전 변환기(photoelectric transducer)와 적당한 전자회로 및 계수기는 두 신호의 중심사이의 간격을 결정하여, 철사의 직경의 측정이 가능하도록 되어 있다. 미합중국 특허 제 3, 947, 129 호에는 진행하고 있는 철사의 직경을 측정하는 장치가 소개되어 있다. 철사는 광선에 의해 투사되고 그 투사광은 원통형 렌즈와 슬릿(slit)을 통과하여 철사의 윤곽을 관전소자에 투사시킨다. 이 광전소자는 어떤 소정의 값에서 철사의 크기가 벗어나면 오차지시기를 동작시키는 신호를 발생시키는 판독 전자장치에 연결된 포토다아오드의 배열과 같은 것이다. 광원으로는 가시광선, 자외선 또는 적외선을 내는 전등을 쓸 수 있다.
미합중국 특허 제 4, 171, 161 호에는 개별적인 길다란 불투명 가공품의 방향, 크기 및 물질의 완전성을 시험하는 장치와 방법이 소저되어 있는데 여기서는 주로 섬광전구를 사용하는 광원으로서 평행광을 발생시킨다. 피시험 가공품은 이 광선 속에 놓여져 광전소자가 배치되어 있는 스크린에 영상이 투사되는데 중간에 광학적 확대기를 두도록 되어 있다. 광전소자의 출력은 서로 비교되거나 또는 기준신호와 비교되어 상대적인 영상특성을 결정하여 측정하고자 하는 특성을 결정하게 된다.
미합중국 특허 제 4, 260, 260 호에는 생산품의 일부분을 평행광을 써서 관전소자가 배치되어 있는 광학적 수신기로 투사하여 그 부분의 크기를 검사하는 장치와 공정이 소개되어 있다. 투사되는 부분은 평행광에 대해 직각으로 연속적으로 계속 움직이며 광전소자의 투사된 부분의 면적이 측정되어 기준값과 비교되어 그 크기를 결정하도록 되어 있다.
상기와 같은 장치와 방법은 비록 위와 같은 특정부분에 대해서는 적합할지 모르나 가느다란 꼬아진 봉합선의 검사나 측정에는 유리하지 않다. 예를 들자면 아주 가느다란 철사라야만이 프라운호퍼 회절영상을 만들 수 있으므로 이러한 장치는 봉합선과 같은 두께의 실에는 응용될 수 없다. 다른 장치들로 엄밀하게 보면 치수 측정을 할 수는 없고 단지 주어진 조건에 벗어나느냐 아니냐만을 결정할 수 있을 뿐이다. 더구나 이러한 장치들을 매우 빨리 움직이는 실에 대해 응용한다면 사용한 제한된 수의 광전소자와 광원 때문에 진동의 영향을 쉽게 받아 쓸모가 없게 된다. 따라서 생산과 정에서 품질관리를 위해 봉합선이 검사기를 연속적으로 통과할 때 불량부분을 발견하고 표시할 수 있는 능력을 갖춘 완전자동 봉합선 검사장치와 방법이 요망되는 것이다.
본 발명은 꼰 폴리글리콜린산이나 다른 합선 중합(polymer) 봉합선과 같은 가느다란 봉합선의 불량을 발견하는 작업이 자동적으로 이루어져서 감시자가 봉합선의 직경 및 풀어진 부분의 상한과 하한을 만약 원한다면 소정의 한계로부터의 편차에 대응하는 전기적 펄스와 경보를 서서 계속 선택할 수 있도록 하는 장치와 방법을 제공하고 있다.
이와 같은 기능의 본 발명에 따른 장치와 방법은 간섭성의(干涉性 ; coherent ; 단일 파장의 빛) 광선을 봉합선에 투사하고 자체 주사(走査)되는 배열의 광전 검지기 소자에 투영되는 윤곽 영상을 측정하는 것이다. 여기서 광전소자의 출력은 인접된 광전소자로부터 순차적으로 받아지는데 각 출력레벨은 이 배열의 해당 광전소자의 투사에 비례한다.
따라서 본 발명의 목적은 봉합선과 같은 가느다란 실을 자동적으로 검사하여 연속적으로 소정의 치수로부터의 편차와 불량을 결정하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 장치와 방법에서는 불량의 존재를 나타내는 단 하나의 출력신호를 사용할 수도 있다. 또한 세 가지의 독립적인 출력, 즉 예를 들면 과대 치수, 과소 치수 및 풀어진 부분에 대한 불량지시신호를 사용할 수도 있다. 본 장치는 또한 연속적 봉합선 치수의 정보를 제공하는 신호도 포함할 수도 있다. 이 정보는 봉합선의 고속통과속도가 가능하도록 매초당 1000번 정도로 빨리 변화되도록 할 수 있다. 제조된 봉합선은 연속적으로 투사광원을 지나서 통과하며 그 투영된 영상은 광학 시스템을 통해 검지기에 비워진다. 검지기는 0.5msec로 빠르게 주사되며 또 다른 0.5msec동안은 이 주사되는 봉합선 부분이 적당한 가를 결정하는데 쓰인다.
따라서 본 발명의 또 다른 목적은 봉합선 검사, 결함의 계수 및 연속적인 거의 순간적인 봉합선 치수의 측정을 수행하는 장치와 방법의 제공에 있다.
본 발명의 장치는 봉합선 검사에 바람직한 중요한 기준을 만족시킨다. 봉합선의 투사는 검지기 배열에 조사(照射)되는 빛이 주변의 빛보다 충분하여 봉합선과 배경의 식별이 뚜렷하도록 한다. 본 장치는 비교적 광축에 직각인 방향의 이동에는 민감하지 않은 장점을 가지고 있으므로 이동하는 물체의 연속적인 검사가 이루어지는 동안 보통 발생되는 진동에 따른 장애를 제거하여 확대가 쉽게 조정된다. 본 장치에 사용되는 요소의 결합체는 견고하므로 생산공장에서 사용되기에 적합하다.
따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 필요한 투사, 투사의 용이 및 광학적 안정을 갖춰서 생산공장에서 사용할 수 있는 연속적으로 이동하는 가느다란 물체의 검사를 수행하는 장치의 제공에 있다.
이와 같은 본 발명의 목적과 또 다른 목적, 특징 및 장점은 도면을 참조한 하기의 설명과 특허청구의 범위에서 보다 분명해질 것이다.
제 1 도는 봉합선 검사 및 측정장치(10)를 나타내는 도면이다. 섬유상의 물체(12), 이 경우에는 용융상태에서 자아낸 꼰 합성 충합체가 보내기 실패(14)로부터 나와서 유도로울러(16)를 지나 되감기 실패(18)로 공급된다. 봉합선 물체(12)가 보내기 실패(14)로부터 되감기 실패(18)로 연속적으로 공급될 때 He-Ne 레이저(22)에서 발생된 간섭성 광선(20)에 의해 투사된다. 레이저(22)는 평행한 단색광의 좁은 광속을 만들어 내는데 이 평행 단색광은 렌즈(26)를 통과해 점(28)에 초점이 맞춰진 후 발산된다. 발산광선(30)을 다소자 검지기 배열(32)에 쬐어진다.
제 2 도에 자세히 도시되어진 바와 같이 섬유상의 봉합성 물체(12)는 개개의 섬유가 꼬아진 형태로서 구성되어 있으며 이는 레이저 광원(22)과 렌즈(26)사이를 통과한다. 결과적으로 봉합선(12)은 평행 레이저 광선(20)의 일부가 렌즈(26)에 닿지 못하게 막는다. 레이저 광원에서는 평행광이 나오기 때문에 도시된 바와 같이 봉합선(12)의 윤곽이 (24)로 표시된 렌즈(26)의 부분에 투영되며 결과적으로 판(36)에 설치된 다소자 검지기 배역(32)에 투영된다. (34)로 표시된 다소자 검지기 배열(32)상의 투영 윤곽의 확대율은 위치에 따라 달라진다. 따라서 다소자 검지기 배열(32)이 설치된 검지기 판(36)을 렌즈(26)의 초점(28)으로부터 멀리 띄워 놓으면 봉합선(12)의 투영 윤곽(34)은 커지게 된다. 따라서, 확대율은 거리에 비례하므로 렌즈를 바꿀 필요 없이 조절될 수 있다. 그러나 봉합선(12)과 렌즈(26)사이의 간격은 일정하게 유지할 필요가 없으므로 봉합선이 아무리 렌즈(26)가 까지에 있거나, 또는 멀리 있다하여도 그 투영 윤곽(24)은 정확히 렌즈(26)에 투사된다는 것을 주의할 필요가 있다. 마찬가지로 검지기판(36)의 위치에 관계없이 봉합선의 투영 윤곽은 선명하게 검지기 판위에 형성된다. 따라서 높은 정확도를 위한 봉합선-렌즈, 렌즈-검지기판 사이의 거리에 대한 제약조건이 없으므로 본 장치는 생산공장에서 편리하게 사용될 수 있다.
레이저는 632.8mm에서 동작하는 0.5mW급의 레이저가 유리하다. 렌즈(26)는 초점거리 25mm의 표준 Cannon TV렌즈가 유리하다. 렌즈(26)로서 여러 렌즈의 조합을 쓸 수도 있다. 검지기 배열(32)의 높이의 50%정도의 크기가 되도록 투영 윤곽을 확대하면 충분하다고 입증되어 있다. 바람직한 견고성과 필요한 광학적 안정성은 요소들을 운반대위에 장착시킴으로써 얻을 수 있다. 이 운반대는 클링거회사에서(Klinger Scie ntific Corp., Jamaica New York) 시판하고 있는 X-95와 같은 것으로서 같은 회사에서 나오는 레일 위에 장치되도록 되어 있다.
다소자 검지기 배열(32)은 레티콘사의(Reticon, Division of E.G. ＆ G. Inc., Sunnyvale, California)E.G. ＆ G. RL-128G로서 시판되고 있는 것과 같은 포토다이오드 배열로서 같은 회사의 RC 301로 시판되고 있는 판에 장치되어 있다. 이러한 포토다이오드 배열은 폭이 0.001인치보다 작고 중심사이의 거리가 0.001인치인 128개의 광 검지기로 구성되어 있다. 128개의 검지기 소자는 모두 하나의 단일 실리콘 기판위에 만들어져 있으며 그 총 길이는 1/8인치이다.
검지기 배열(32)이 적절히 활성화되면 비데오 신호와 비슷한 신호가 검지기 단다(도시되지 않았음)중의 하나에서 나오게 되어 있다. 이 단자에는 연속된 검지소자에 입사된 광량에 비례하는 전압이 연속적으로 나타난다. 이것은 약 0.5msec정도 계속되는데 이 시간동안 128개의 소자의 신호들이 출력단자로 멀티플렉싱(multiplexing)된다. 0.5msec를 정지한 후 다시 이러한 동작을 반복한다. 각 소자에서 나오는 신호의 지속 시간은 10-6초 정도이지만 실리콘 포토다이오드는 샘플링 사이의 시간동안 입사된 빛을 적분하기 때문에 검지기 배열(32)에 입사되는 모든 빛을 검지한다.
제 1 도에 도시한 전자회로(40)는 검지기 배열(32)의 공급전원 및 다음에 자세히 설명할 집적회로의 표시부의 공급전원을 포함한 모든 기능을 일반적으로 나타낸 것이다. 또한 블록(40)은 검지기 배열(32)에서 발생된 비데오신호를 검사하는데 쓰이는 전자회로도 포함하고 있다. 이 전자회로에는 아날로그 비데오신호를 "광존재/광부재"에 대응하는 디지털신호로 바꾸는, 임계값을 조절할 수 있는 슈미트 트리거, 검지기 배열의 소자중 몇 개가 검사되고 있는 봉합선(12)에 의해 광을 차단 당했는가를 결정하는, 즉 봉합선 투영 윤곽(34)을 결정하는 회로와 이 계수를 표시라는 표시부와, 봉합선의 치수를 소정의 상한 침 하한과 비교하며 또 봉합선의 풀린 부분을 발견해내는 회로들이 들어 있다. 또한 감시자가 알아볼 수 있는 정보를 제공하기 위해 전자회로에는 불량이 발견되었을 때는 0volt에서 + 5valt로 변하는 신호를 발생시키며 또 감시자가 끄도록 되어 있는 청각적 경보 및 과대 치수, 과소 치수 및 풀어진 부분에 대한 것을 지시하는 각 출력신호와 표시부가 포함되도록 할 수도 있다.
블럭(40)으로 표시된 전자회로를 기능블럭으로 개략적으로 나타낸 것이 제 3 도이다. 앞서 설명한 다소자 검지기 배열(32)에서는 비데오신호(42)가 발생되며 이 신호는 아날로그 비교기(44)에 입력되어 임계값 조정기(46)에서 나오는 전압신호(45)의 크기와 그 크기가 비교된다. 아날로그 비교기(44)에서 형성되는 출력은 이진 비데오 신호(48)이다. 이 출력신호는 비데오신호(48)이다. 이 출력신호는 비데오신호 전압이 임계값 조정기(46)에서 나오는 전압보다 클 때 높은 상태가 되고 다른 때는 그 이진 비데오신호의 상태는 낮은 상태가 된다.
다소자 검지기 배열(32)은 클럭(52)에서 나오는 클럭신호(50)를 이용하여 비데오 신호(42)의 타이밍을 결정한다. 검지기 배열(32)에서 나오는 또 다른 신호로는 주사 시작신호(54)와 주사 종료신호(56)가 있다. 계수기(58)는 이진 비데오신호(42)가 낮은 상태에 있고 또 주사 시작신호(54)와 주사 종료신호(56)사이의 구간에서만 클럭(52)에서 나오는 클럭(60)을 계수한다.
주사 종료신호(56)가 지난 후에 계속 표시부(62)와 디지털 비교기(64), (66)는 다음 주사 시작신호(54)가 시작되기 직전까지의 시간동안 활성화된다. 유효계수의 상한은 상한 조정기(68)를, 하한은 하한 조정기(70)를 통해 보내진다. 만약 계수가 상한을 초과하거나 하한보다 미치지 못할 때는 계수기(64), (66)는 각기 적절하게 한계의 초과를 표시하도록 되어 있다. OR게이트(72)는 그 출력에 규격 미달의 봉합선임을 지시하는 불량표시신호(74)를 출력시킨다. 세 번째 계수기(76)는 상한 비교기(65)에서 나오는 신호가(+)가 되는 횟수를 계수한다 네 번째 계수기(78)는 하한 비교기(66)에서 나오는 신호가(+)가 되는 횟수를 계수한다.
이러한 계수는 봉합선의 폭을 나타내는 것이라 볼 수 있으며 공지된 바와 같이 감시반에 표시되어, 표시된 숫자가 한계내에 드는지 여부를 판단하도록 되어 있다. 초당 1000번의 계수에서 비교기는 상한 및 하한에 대한 세 자릿수를 비교해야 하는데, 이 한계는 감시자가 같은 감시반에 장치된 적절한 스위치를 선택할 수 있다. 대부분의 경우 봉합선의 풀어진 부분은 많은 계수를 초래하는데 이는 봉합선의 면적이 커진 것을 나타내는 것이다. 또한 소정의 한계내에 들은 봉합선의 전체폭이 두 부분으로 갈라진 경우도 있는데 이러한 경우는 비데오신호의 포락선(envelope)이 +5volt에서 0volt로 천이되는 횟수를 계수함으로써 발견될 수 있다. 이러한 갈라진 두부분은 풀어진 부분이라 볼 수 있으므로 이러한 부분은 제거시켜야 한다.
OR게이트(72)에서 나오는 불량표시신호는 어떤 결함이냐에 관계없이 결함의 발견을 표시하는데 쓰일 수도 있다. 귀로들을 수 있는 경보를 본 장치에 연결시킬 수도 있는데 이러한 경보는 공지된 바와 같이 봉합선의 불량부분이 검사 및 치수 측정장치를 통과하는 순간 높은 음색의 소리가 울리도록 하는 것이다. 이 경보는 감시자가 끄도록 할 수 있다. 결함이 발견되었을 때 전압레벨이 0volt에서 5volt로 변하는 것을 지시하기 위해 감시반에 설치된 눈으로 볼 수 있는 표시장치도 사용할 수 있다.
본 장치에 사용된 개별적인 전자부품들은 시중에서 쉽게 구할 수 있는 규격품이며 이들을 조합시켜 본 장치의 회로들을 구성하는 것은 본 기술분야에 잘 알려진 바이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 본 감시 및 치수 측정장치가 봉합선에 대해 특정적으로 설명되어 있긴 하지만 본 장치는 이와 비슷한 섬유상의 가공품에 대해서도 응용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 간섭성(coherent) 광선의 광원(22), 광원사이를 통과해서 봉합선 물체(12)를 공급하는 수단(14), (16), 광원과 봉합선에 대하여 위치하여 투사된 윤곽을 받아들이기 위한 광전 검지소자의 배열(32), 배열의 해당 검지기에 입사된 광량에 비례하는 전압의 출력신호(42)를 인접한 검지기로부터 순차적으로 발생시키기 위해 검지기 배열을 자체 주사(走査)시키는 수단, 검지기에서 발생된 광량의 값과 소정의 값을 비교하는 수단(44)과 봉합선의 특성을 나타내는 비교의 결과를 내보내는 출력신호 수단을 특징으로 하는 섬유상의 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 광량 비교수단은 이진신호(48)를 발생시키는 비교기(44)를 특징으로 하고, 출력신호 수단은 이진신호의 펄스타이밍을 지시하는 클럭수단(52)과 이진신호 펄스를 계수하기 위한 계수기 수단(58)을 특징으로 하는 섬유상의 봉합성 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 광량의 소정의 값을 제공하는 수단은 임계값 조정기(46)을 특징으로 하는 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 계수기 수단은 각각 계수가 상한을 넘었는가, 하한보다 적은가, 또 적은 계수의 존재를 나타내는 여러 계수기(76), (78), (58)를 특징으로 하는 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 출력신호를 나타내는 시각적 표시부(62) 또는 청각적 경보를 제공하는 수단을 특징으로 하는 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  6. 평행의 단색광의 좁은 광속을 제공하는 광원수단(22), 그 표면에 광선을 받도록 배치된 광전 검지기소자(32)의 배열, 광원과 검지기 배열 사이로 광원을 지나 섬유상의 봉합선 물체가 통과하도록 하는 수단(14), (16), 입사되는 광량에 비례하는 전압을 자체적으로 주사시키는 검지소자의 배열에 봉합선의 투영 윤곽을 투사시키기 위한 수단(26), 소정의 광량의 값을 선택하기 위한 임계값 조정기(46)와, 발생된 광량에 비례하는 전압을 받고 또 소정의 값과 비교하여 이에 대응하는 출력전압신호를 발생하는 아날로그 비교기수단(44)을 특징으로 하는 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 출력신호의 펄스 타이밍을 결정하기 위한 클럭수단(52), 펄스를 계수하는 계수기 수단(76), (78)과 봉합선 물체의 특성에 관계된 한계의 초과를 나타내는 비교기 수단(64), (66)을 특징하는 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 계수기 수단은 아날로그 비교기 수단에서의 전압 천이를 계수하고 봉합선 물체의 풀어진 부분의 존재를 나타내기 위한 2이상의 계수를 나타내는 계수기 수단(58)을 또한 특징으로 하는 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 장치.
  9. 섬유상의 봉합선 물체를 평행광선에 쪼여 투영 윤곽을 만들고, 이 윤곽을 광전 검지기 소자의 배열에 투사시키고, 해당되는 검지기에 입사되는 광량에 비례하는 전압을 발생하는 연속된 검지기의 출력을 순차적으로 자체 주사시키고, 발생된 전압을 소정의 값과 비교하여 봉합선 물체의 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 봉합선 물체를 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 입사된 광량에 대응하는 전압을 비교하여 얻어진 신호에 의해 발생되는 펄스를 계수하여 작은 치수의 봉합선 물체, 큰 치수의 봉합선 물체 또는 봉합선의 풀어진 부분의 적어도 세 가지 신호중의 하나의 출력신호를 발생시키는 것을 또한 특징으로 하는 봉합선을 연속적으로 검사하고 치수를 측정하는 방법.
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