KR20200030650A - 내경 검사 장치 - Google Patents

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KR20200030650A
KR20200030650A KR1020180108689A KR20180108689A KR20200030650A KR 20200030650 A KR20200030650 A KR 20200030650A KR 1020180108689 A KR1020180108689 A KR 1020180108689A KR 20180108689 A KR20180108689 A KR 20180108689A KR 20200030650 A KR20200030650 A KR 20200030650A
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cylinder
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KR1020180108689A
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이성호
서명진
이수룡
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주식회사 씨메스
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 내부에 공간이 형성되고, 길이를 가지며 연장된 검사실린더, 상기 검사실린더 내부에 형성된 공간을 지나는 검사용 레이저를 조사하는 레이저광원, 상기 검사실린더 내부에 배치되며, 상기 레이저광원으로부터 조사된 상기 검사용 레이저를 검사대상체의 내주면 상의 조사면을 향해 반사 및 굴절시키기 위한 제1미러, 상기 검사실린더 내부에서 상기 제1 미러의 일측에 배치되며, 상기 검사대상체의 내주면 상의 조사면에 조사되어 나온 상기 검사용 레이저를 상기 검사실린더 내부에 형성된 공간을 지나도록 반사하는 제2미러 및 상기 제2미러에 의해 반사된 상기 검사용 레이저를 감지하는 센싱카메라를 포함하며, 상기 검사용 레이저의 상기 제1미러로부터 상기 검사대상체까지의 이동 경로 및 상기 검사대상체로부터 상기 제2미러까지의 이동 경로 간 경로각이 형성되도록 상기 제1미러 및 상기 제2미러는 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 내경 검사 장치를 제공한다.

Description

내경 검사 장치{Inner circumference inspection device}
본 개시는 내경 검사 장치 에 관한 것이다. 구체적으로는 기계 가공품 등의 홀의 내주면을 검사하기 위한 내경 검사 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
다양한 용도를 위해 제조되는 기계 가공품은 각각 다른 형상을 가지고 있으며, 그 용도에 따라 부품 및 구성 요소의 규격 및 치수 등이 다르게 생산된다.
이와 같은 기계 가공품은 그 성격상 규격 및 치수 등이 정밀하게 제조될 것이 요구되며, 이를 위해 기계 가공품의 구성 요소의 규격 및 치수를 검사하는 장치도 이미 존재한다.
이때, 기계 가공품의 내부 영역, 예를 들면 기계 가공품의 홀 등은 기계 가공품의 외부 영역에 비해 그 상태를 검사하기가 곤란하다. 이는 기계 가공품의 홀 내부에는 빛이 존재하지 않아 육안 검사가 곤란하며, 육안 검사가 아닌 다른 장치를 이용할 경우에도 기계 가공품의 비좁은 홀 내부에 검사 장치를 넣어 검사를 수행하기가 용이하지 않기 때문이다.
한편, 기계 가공품의 내부를 검사하기 위한 장치는 아니지만, 파이프 내경을 검사하기 위한 장치로서 등록특허 KR 10-1792056 B1등이 이미 공지되어 있다. 다만, 위와 같은 장치들은 자기장을 이용하는 방식을 사용하는 경우가 많고, 이는 그 측정 방식상 대상체의 내경에 대한 상세한 정보 수집 측면에서 한계가 존재한다.
또한, 이미 공지된 내경 검사 장치들은 그 구조상 검사 장치의 크기, 부피 등을 줄이는 데 한계가 있으므로, 부피가 작은 대상체의 내부로 삽입시켜 검사를 수행하기 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명은 기계 가공품 등의 홀의 내경을 검사하기 위한 장치로서, 검사용 레이저를 이용하여 기계 가공품 등의 홀의 내경에 대한 상세한 정보를 얻을 수 있는 내경 검사 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명은 부피가 작은 검사대상체의 내부로 삽입시켜 상기 검사대상체의 내경을 검사할 수 있도록 장치의 너비 또는 폭이 작게 제조할 수 있는 내경 검사 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 내부에 공간이 형성되고, 길이를 가지며 연장된 검사실린더, 상기 검사실린더 내부에 형성된 공간을 지나는 검사용 레이저를 조사하는 레이저광원, 상기 검사실린더 내부에 배치되며, 상기 레이저광원으로부터 조사된 상기 검사용 레이저를 검사대상체의 내주면 상의 조사면을 향해 반사 및 굴절시키기 위한 제1미러, 상기 검사실린더 내부에서 상기 제1 미러의 일측에 배치되며, 상기 검사대상체의 내주면 상의 조사면에 조사되어 나온 상기 검사용 레이저를 상기 검사실린더 내부에 형성된 공간을 지나도록 반사하는 제2미러 및 상기 제2미러에 의해 반사된 상기 검사용 레이저를 감지하는 센싱카메라를 포함하며, 상기 검사용 레이저의 상기 제1미러로부터 상기 검사대상체까지의 이동 경로 및 상기 검사대상체로부터 상기 제2미러까지의 이동 경로 간 경로각이 형성되도록 상기 제1미러 및 상기 제2미러는 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 내경 검사 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 외형을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용하여 검사대상체의 내경을 검사하는 상태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 구성 및 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용하여 검사대상체의 내경을 검사하는 상태를 도시한 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 검사부 내부에서 검사용 레이저가 이동하는 경로 및 검사용 레이저가 반사, 조사되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용한 검사 과정에서, 검사대상체의 내주면 상에 검사용 레이저의 조사면이 형성된 상태 및 제2미러 상에 반사면이 형성된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용한 내경 검사 과정에서, 검사용 레이저의 일 성분이 제1미러, 검사대상체 및 제2미러 상을 지나는 과정을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 제2미러의 배치 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 제1미러의 배치 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치에서 검사용 레이저가 필터렌즈에 의해 필터링되는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 외형을 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용하여 검사대상체(300)의 내경을 검사하는 상태를 도시한 것이다.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 구성을 설명한다.
한편, 본 명세서에서 레이저광원(120)으로부터 조사된 검사용 레이저(L)의 경로 중 레이저광원(120)으로부터 검사대상체(300)에 도달하기까지의 경로를 제1경로(L1), 검사대상체(300)로부터 센싱카메라(170)에 수광되기까지의 경로를 제2경로(L2)로 지칭하기로 한다.
또한, 본 명세서에서 레이저광원(120)으로부터 검사대상체(300)의 내주면에 검사용 레이저(L)가 조사되어 라인 형태로 형성되는 영역을 조사면(T1), 상기 조사면(T1)의 집합에 의해 형성되는 3차원 영역을 조사영역(T2)으로 지칭하기로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치는 일 예시적으로 기계 가공품의 홀의 내경을 검사하기 위한 것일 수 있다. 다만 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치는 일반적인 기계 가공품뿐만 아니라 파이프 등 기타 물건의 내경을 검사하기 위한 용도로도 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치는 본체부(100) 및 검사부(200)를 포함한다.
본체부(100) 내부에는 검사용 레이저(L)를 조사 및 센싱하기 위한 구성이 구비되며, 이에 대해서는 추후 설명한다. 또한 일 예시적으로 본체부(100) 상에는 미도시된 조작부가 배치될 수 있으며, 상기 조작부를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 작동시킬 수 있다.
한편 본체부(100)는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 범위라면 어떠한 형상이라도 무방하며, 필요에 따라 도 1에 도시된 것보다 소형 또는 대형으로 형성될 수 있다.
검사실린더(210)는 검사대상체(300)의 내경 검사 시 검사대상체(300)의 내부에 삽입되어 검사를 수행한다. 검사부(200)는 일단이 본체부(100)의 일면에 결합하며, 검사실린더(210) 및 레이저투과부(220)를 포함한다.
검사실린더(210)는 일 예시적으로 길이를 가지고 연장된 원통 형상일 수 있으나, 이 외에 내부가 비어있는 구성이라면 사각 기둥 등 다른 형상이라도 무방하다.
검사실린더(210)는 일 예시적으로 알루미늄으로 제조된 것일 수 있으며, 검사실린더(210)의 내벽면은 빛의 산란을 최소화하기 위한 검은 색 벽면일 수 있다.
레이저투과부(220)는 검사용 레이저(L)가 통과할 수 있도록 형성된 공간으로서, 검사실린더(210)의 일단 영역에 형성된다. 검사대상체(300)의 내경 검사 시 검사실린더(210)의 내부 영역을 지나온 검사용 레이저(L)는 레이저투과부(220)를 통과해 검사대상체(300)의 내경 상의 조사면(T1)으로 조사된다.
또한 검사대상체(300)의 내경 상의 조사면(T1)으로부터 반사된 검사용 레이저(L)는 레이저투과부(220)를 통과해 검사실린더(210)의 내부 영역으로 들어간다.
한편, 검사대상체(300)의 내경의 내부 둘레면 상의 목표한 조사면(T1)을 빠짐없이 검사하기 위해 검사실린더(210)는 그 길이 방향으로 연장된 중심축을 기준으로 360도 회전할 수 있다. 이때 검사실린더(210)가 회전하면서 검사용 레이저(L)는 검사대상체(300)의 내부 둘레면 상의 모든 각도의 조사면(T1) 상에 조사될 수 있다. 이 경우 검사실린더(210)는 본체부(100) 상에서 자체 회동 가능하도록 연결될 수 있다.
한편, 검사대상체(300)의 내부 둘레면을 누락없이 조사하기 위해 검사실린더(210)만 별도로 회전하는 것이 아니라 내경 검사 장치 자체가 회전하는 방식을 사용할 수도 있다.
또한, 내경 검사 장치의 구성을 회전시키지 않고 검사대상체(300)를 회전시키는 방식도 사용 가능함은 물론이다.
한편, 검사대상체(300) 상에 검사해야 할 영역이 여러 부분 존재하는 경우, 검사실린더(210)의 위치를 변화시키면서 검사를 진행할 수 있다.
예를 들어 검사대상체(300) 상에 검사해야 할 영역이 검사대상체(300)의 일단을 기준으로 점점 더 깊은 위치에 존재하는 제1위치, 제2위치, 제3위치 등에 형성된 경우, 검사실린더(210)의 일단을 제1위치에 인접하게 배치하여 검사를 진행하고, 이후 제2위치, 제3위치에 인접하도록 검사실린더(210)를 점점 더 검사대상체(300)에 깊게 삽입시켜 검사를 진행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 구성 및 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용하여 검사대상체(300)의 내경을 검사하는 상태를 도시한 정단면도이다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 각 구성 및 동작 과정을 도 3을 참조하여 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치는 본체부(100) 및 검사부(200)를 포함한다.
본체부(100)는 본체케이스(110), 레이저광원(120), 라인레이저 모듈(130), 레이저필터(140), 입사미러(150), 필터렌즈(160), 센싱카메라(170), 미도시된 조작부 및 검사정보 감지부를 포함한다. 또한 검사부(200)는 검사실린더(210), 레이저투과부(220), 제1미러(230) 및 제2미러(240)를 포함한다.
본체케이스(110) 내부 또는 본체케이스(110) 상에는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 동작을 위해 필요한 상기 기타 구성들이 배치된다.
레이저광원(120)은 검사대상체(300)를 검사하기 위한 검사용 레이저(L)를 조사한다.
한편, 레이저광원(120)에서 조사되는 검사용 레이저(L)는 선형 경로를 가지는 검사용 레이저(L)일 수 있다.
라인레이저 모듈(130)은 레이저광원(120)에서 조사된 선형 레이저 형태의 검사용 레이저(L)를 폭을 가지는 라인 레이저 형태로 변환한다. 검사용 레이저(L)를 라인 레이저 형태로 변환함으로써 검사용 레이저(L)가 검사대상체(300)에 닿는 면적을 넓힐 수 있다.
또한, 이로 인해 검사용 레이저(L)가 검사대상체(300) 상에 조사되는 형태가 점이 아닌 선 형태의 조사면(T1)을 형성할 수 있다. 검사용 레이저(L)가 선 형태의 조사면(T1)을 일차적으로 검사대상체(300) 상에 형성함으로써, 이후 설명할 내용과 같이 선 형태의 조사면(T1)에 대한 정보를 모아 검사대상체(300)의 내경에 대한 3차원적인 정보를 얻을 수 있다.
레이저필터(140)는 라인레이저 모듈(130)로부터 도달되는 검사용 레이저(L)의 가장자리 영역을 필터링해주는 역할을 한다.
라인 레이저 형태의 검사용 레이저(L)의 가장자리 영역은 센싱카메라(170)에 의해 감지될 경우 노이즈를 발생시키는 영역이 될 수 있다. 이는 검사용 레이저(L) 조사면(T1)의 중앙부에 존재하는 레이저 성분에 비해 가장자리 영역에 존재하는 레이저 성분의 광 밀도가 떨어지기 때문이다.
레이저필터(140)는 중앙부에 일 예시적으로 필터홀이 형성되어 검사용 레이저(L) 중 노이즈를 발생시킬 수 있는 가장자리 영역은 레이저필터(140)를 통과하지 못하도록 하고, 검사대상체(300)의 내경면 검사에 직접적으로 활용할 수 있는, 고 광밀도를 가진 검사용 레이저(L)의 중앙부 성분만을 통과하도록 한다.
또한 레이저필터(140)는 검사용 레이저(L)의 통과 성분을 제한시킴으로써 라인 레이저 형태의 검사용 레이저(L)의 조사면(T1)의 폭을 제한하는 역할을 한다. 레이저필터(140)에 의해 검사용 레이저(L)의 조사면(T1)이 넓어지는 것을 제한함으로써 검사용 레이저(L)는 거의 일정한 폭을 유지하며 예정된 경로를 이동할 수 있다.
검사용 레이저(L)의 폭이 일정 수준으로 유지됨으로 인해 검사용 레이저(L)가 검사실린더(210)의 내벽에 반사되어 산란되는 등의 노이즈 성분(L22)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
입사미러(150)는 레이저필터(140)로부터 도달한 검사용 레이저(L)를 굴절시킨다.
물론 본 발명은 검사용 레이저(L)가 굴절되지 않고 바로 검사실린더(210) 내부로 입사하는 구성을 배제하는 것은 아니나, 일 예시적으로 공간 활용성을 높이기 위해 검사실린더(210)의 길이 방향과 수직한 방향으로부터 검사용 레이저(L)가 검사실린더(210) 내부 방향을 향해 입사되는 구성일 수 있다.
이때 레이저광원(120)으로부터 조사된 검사용 레이저(L)를 굴절시켜 검사실린더(210) 내부 공간으로 인입시키기 위해 입사미러(150)가 배치된다. 입사미러(150)에 의해 이동 경로가 변경된 검사용 레이저(L)는 검사실린더(210)의 내부 공간에서 검사실린더(210)의 길이 방향을 따라 제1미러(230)를 향해 이동한다.
필터렌즈(160)는 제2미러(240)로부터 반사된 레이저 성분을 필터링하여 노이즈 성분(L22)을 제거하며, 필터렌즈(160)의 상세한 구성에 대해서는 추후 설명한다.
센싱카메라(170)는 필터렌즈(160)를 통과한 검사용 레이저(L)를 수광한다. 센싱카메라(170)에 수광되는 검사용 레이저(L)는 검사대상체(300)의 내경면 중 검사용 레이저(L)가 조사된 영역에 대한 정보를 담고 있다.
센싱카메라(170)에 수광되는 정보는 일차적으로 조사영역(T2) 중 일부인 라인 형태의 조사면(T1)에 대한 정보이다.
이와 같은 라인 형태의 조사면(T1)에 대한 정보는 취합되어 검사대상체(300)의 조사영역(T2)에 대한 정보를 취득하기 위한 자료가 된다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 검사용 레이저(L)는 라인 형태의 조사면(T1)에 조사될 뿐만 아니라, 검사실린더(210)가 회전하는 등의 방법으로 검사실린더(210)를 둘러싼 검사대상체(300)의 내경면 둘레를 따라 형성된, 일 예시적으로 원통형 조사영역(T2) 상에 조사된다.
따라서 센싱카메라(170)에 의해 수광되는 검사용 레이저(L)에도 결과적으로 검사대상체(300)의 내경면의 각 영역에 대한 복수의 정보가 입수되게 된다.
이와 같이 검사대상체(300)의 각 조사면(T1)에 대한 정보를 담고 있는, 센싱카메라(170)에 의해 수광된 검사용 레이저(L)에 의해 얻어진 복수의 영상신호 정보는 취합되어 검사대상체(300)의 조사영역(T2)에 대한 입체정보로 변환될 수 있다.
한편, 이러한 입체정보는 미도시된 별도의 디스플레이부에 의해 영상으로 구현될 수 있다.
조작부는 사용자가 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 작동을 제어할 수 있는 인터페이스를 제공한다.
조작부는 일 예시적으로 본체케이스(110)의 일면 상에 배치될 수 있으며, 본체케이스(110)와 이격되어 연결되거나, 본체케이스(110)와 분리되어 원격으로 내경 검사 장치를 작동시킬 수 있는 구성일 수 있다.
조작부는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 동작시킬 수 있는 일체의 구성을 포함할 수 있다.
예를 들어 조작부는 레이저광원(120)에서 검사용 레이저(L)를 조사하도록 하거나, 조사를 멈추도록 할 수 있는 버튼 등의 구성을 포함할 수 있다.
또한, 조작부는 레이저필터(140)에서 입사되는 검사용 레이저(L)의 폭을 제한하기 위한 필터홀의 폭을 변경할 수 있다.
상기 레이저필터(140)의 필터홀의 폭을 변경함으로써 레이저필터(140)를 지난 검사용 레이저(L) 조사면(T1)의 폭을 변경할 수 있다.
검사대상체(300)는 그 크기 및 직경이 검사 상황에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 검사부(200)의 규격도 변경해야 할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어 검사대상체(300)가 상대적으로 직경이 크거나 검사대상체(300)의 조사면(T1)이 넓은 경우 더 넓은 조사면(T1)을 가진 검사용 레이저(L)를 조사해야 하는 경우가 있을 수 있다.
이 경우 사용자는 조작부를 설정 또는 조작함으로써 레이저필터(140)의 필터홀의 폭을 변경하여 검사용 레이저(L)의 폭을 적절하게 변경할 수 있다.
또한, 조작부 상에는 검사 작업 시 검사실린더(210)의 회전 속도를 제어하거나, 레이저광원(120)에서 조사되는 레이저의 강도를 조절할 수 있는 구성도 포함될 수 있다.
검사정보 감지부는 센싱카메라(170)에 의해 수광된 검사용 레이저(L)에 관한 정보를 취득할 수 있다.
또한, 일 예시적으로 현재 검사 작업에서 센싱카메라(170)에 의해 수광된 검사용 레이저(L)에 관한 정보와 같은 종류의 검사대상체(300)에 대한 사전 검사 작업시 이미 입수된 사전 정보를 비교할 수 있다. 이로 인해 현재의 검사대상체(300)의 내경면의 치수에 오차가 없는지 및 이물이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
여기서 이미 입수된 사전 정보는 일 예시적으로 동일 제품에 대해 사전에 수행한 검사의 결과로부터 얻은 정보일 수 있다.
검사부(200)는 검사실린더(210), 레이저투과부(220), 제1미러(230) 및 제2미러(240)를 포함한다.
앞서 설명한 바와 검사실린더(210)는 내부에 공간이 형성되며, 검사용 레이저(L)의 이동 경로를 제공하며, 레이저투과부(220)는 검사용 레이저(L)가 검사실린더(210) 외부로 통과되기 위한 공간이다.
제1미러(230)는 레이저광원(120)으로부터 조사된 검사용 레이저(L)를 검사대상체(300) 방향으로 반사시키며, 제2미러(240)는 검사대상체(300)로부터 반사된 검사용 레이저(L)를 센싱카메라(170) 방향으로 반사시킨다. 제1미러(230) 및 제2미러(240)의 구성은 이후 자세히 설명한다.
이하 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용하여 검사대상체(300)의 내경을 검사하는 과정에 대해 설명한다.
레이저광원(120)에서 검사용 레이저(L)를 조사한다. 레이저광원(120)에서 조사된 검사용 레이저(L)는 검사대상체(300)에 도달하기까지의 제1경로(L1) 및 검사대상체(300)로부터 반사되어 센싱카메라(170)에 도달 및 감지되기까지의 제2경로(L2)를 형성한다.
레이저광원(120)에서 조사된 검사용 레이저(L)는 라인레이저 모듈(130)에 의해 폭을 가지는 라인레이저 형태로 변환된다. 라인레이저 형태의 검사용 레이저(L)는 레이저필터(140)에 의해 그 폭의 가장자리 영역이 필터링된 상태로 입사미러(150)를 향해 이동한다.
한편, 레이저필터(140)에 의해 필터링된 검사용 레이저(L)는 그 폭이 검사대상체(300)의 조사면(T1)에 도달하기까지 거의 일정한 것이 바람직하다. 이는 검사용 레이저(L)의 폭이 지나치게 넓어지는 경우 검사실린더(210)의 내벽면에 검사용 레이저(L)가 닿아 산란광을 일으켜 검사 성능을 저하시킬 우려가 있기 때문이다.
이를 위해 라인레이저 모듈(130)과 레이저필터(140) 간에는 충분한 거리를 두는 것이 바람직하다. 또한, 레이저필터(140)의 필터홀은 지나치게 넓지 않은 것이 바람직하다.
레이저필터(140)에 의해 필터링된 검사용 레이저(L)는 입사미러(150)에 의해 입사 경로에 대해 수직으로 반사 및 굴절된다.
입사미러(150)에 의해 굴절된 검사용 레이저(L)는 검사실린더(210) 내부 공간을 따라 진행하고, 제1미러(230)에 의해 수직 방향으로 반사되어 굴절된다. 제1미러(230)에 의해 굴절된 검사용 레이저(L)는 검사대상체(300)의 내주면으로 조사되어, 내주면 상에 조사면(T1)을 형성한다.
검사대상체(300) 상에 조사면(T1)을 형성한 검사용 레이저(L)는 상기 조사면(T1)으로부터 반사되고, 이후 제2미러(240)를 향해 이동한다.
제2미러(240)를 향해 진행하는 검사용 레이저(L)는 제2레이저에 의해 반사 및 굴절되어 검사실린더(210) 내부 공간을 따라 이동하고, 필터렌즈(160)로 입사된다.
필터렌즈(160)에서 검사용 레이저(L)의 노이즈 성분(L22)이 제거되며, 필터링된 검사용 레이저(L)는 센싱카메라(170)의 렌즈부에 입사되며, 센싱카메라(170)는 이로부터 미도시된 영상처리부를 통해 검사대상체(300)의 조사면(T1)에 대한 영상 정보를 획득하게 된다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 센싱카메라(170)에 입사된 검사용 레이저(L) 정보에 기초하여 검사정보 감지부에서 검사대상체(300)의 내경에 대한 분석을 할 수 있다.
다만, 상기 설명한 과정은 검사대상체(300)의 일부 조사면(T1)에 관한 정보를 획득하는 과정임을 유의하여야 한다. 이때, 검사실린더(210)를 기준으로 검사대상체(300)의 모든 조사면(T1), 즉 조사영역(T2)에 관한 정보를 획득하기 위하여 검사실린더(210)는 그 중심축을 기준으로 360도 회전할 수 있다.
검사실린더(210)의 회전에 의해 검사대상체(300)의 내경의 모든 조사면(T1), 즉 조사영역(T2)에 관한 정보를 얻을 수 있으며, 이는 검사실린더(210)의 각각의 배치 각도상에서의 개별적으로 얻은 각 조사면(T1)의 정보를 취합하는 방법으로 가능하다.
이때, 검사실린더(210)의 각 배치 각도에서 얻어지는 각각의 조사면(T1)에 관한 정보는 선형 정보이나, 위 각 조사면(T1)에 관한 정보들을 취합하여 조사영역(T2)에 관한 3차원적 정보를 얻을 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 검사부(200) 내부에서 검사용 레이저(L)가 이동하는 경로 및 검사용 레이저(L)가 반사, 조사되는 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용한 검사 과정에서, 검사대상체(300)의 내주면 상에 검사용 레이저(L)의 조사면(T1)이 형성된 상태 및 제2미러(240) 상에 반사면이 형성된 상태를 도시한 사시도이다.
이하 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치에서 검사실린더(210)가 일 방향을 향해, 또는 일 각도상에 배치되었을 때 검사대상체(300)의 내주면의 일 영역을 검사하는 과정에 대해 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이 검사용 레이저(L)는 제1경로(L1)를 따라 제1미러(230)에 도달 및 반사되어 검사대상체(300)의 내주면에 조사면(T1)을 형성하고, 이후 제2미러(240)에 의해 반사된 후 제2경로(L2)를 따라 센싱카메라(170)를 향해 진행한다.
이때 제1미러(230) 및 제2미러(240)는 검사용 레이저(L)가 미리 계획된 경로로 진행하도록 적절한 각도로 배치되며, 제1미러(230) 및 제2미러(240)의 배치 상태에 관해서는 이후 자세히 설명한다.
여기서 검사용 레이저(L)의 제1경로(L1)에서 제1미러(230)에 도달하기 전에 이미 폭이 형성된 라인 레이저 형태로 진입한다.
한편, 제1미러(230)에 의해 반사 및 굴절된 검사용 레이저(L) 또한 제1미러(230)에 도달하기 전 상태와 마찬가지로 폭을 가진 라인 레이저 형태이다.
제1미러(230)에 의해 반사 및 굴절된 검사용 레이저(L)의 폭은 일 예시적으로 세로 방향, 즉, 검사대상체(300) 및 검사실린더(210)의 길이 방향으로 형성될 수 있다. 검사용 레이저(L)의 폭이 세로 방향으로 형성됨으로 인해, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 검사대상체(300)의 내주면에 세로 방향으로 형성된 조사면(T1)을 형성할 수 있다.
이와 같이 세로 방향으로 길게 형성된 조사면(T1)을 형성함으로써, 상대적으로 좁은 폭을 가진 검사용 레이저(L)를 사용했을 때에도 가로 방향으로 형성된 조사면(T1)을 형성했을 때보다 상대적으로 검사대상체(300)의 내주면의 더 넓은 영역을 검사할 수 있다.
검사대상체(300)의 내주면 상에 조사면(T1)을 형성한 검사용 레이저(L)는 제2미러(240)에 도달하여 제2미러(240) 상에 반사상(R1)을 맺히게 한다. 이러한 반사상(R1)의 형상은 제2경로(L2)를 따라 이동하는 검사용 레이저(L)에 반영되어 센싱카메라(170)에 의해 인식된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치를 이용한 내경 검사 과정에서, 검사용 레이저(L)의 일 성분이 제1미러(230), 검사대상체(300) 및 제2미러(240) 상을 지나는 과정을 도시한 것이다.
이하 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치에서 검사용 레이저(L)의 일 성분의 진행 경로에 대해 설명한다.
검사용 레이저(L)의 일 성분이 이동하는 제1경로(L1)는 제1미러(230)에 도달하기 전의 영역인 제1영역(S1) 및 제1미러(230)에 도달한 후 검사대상체(300)의 검사대상지점(P2)에 도달하기까지의 제2영역(S2)으로 나눌 수 있다.
또한 검사용 레이저(L)의 일 성분이 이동하는 제2경로(L2)는 검사대상지점(P2)으로부터 제2미러(240)에 도달하기 전의 영역인 제3영역(S3) 및 제2미러(240)에 도달한 후 진행되는 영역인 제4영역(S4)으로 나눌 수 있다.
이때 제2영역(S2)에 형성되는 검사용 레이저(L)의 이동 경로와 제3영역(S3)에 형성되는 검사용 레이저(L)의 이동 경로 사이에는 경로각(Q)이 형성된다. 여기서 상기 경로각(Q) 및 제1미러(230) 상의 제1반사지점(P1), 제2미러(240) 상의 제2반사지점(P3)에 관한 정보 및 각 영역에 형성되는 이동 경로의 길이에 관한 정보로부터 검사대상지점(P2)에 관한 정보를 얻을 수 있다.
이와 같이 검사용 레이저(L)의 일 성분에 의해 검사대상지점(P2)에 관한 정보를 얻을 수 있으며, 앞서 도 4에서 설명한 조사면(T1)에 관한 정보는 이러한 방식으로 얻은 검사대상지점(P2)에 관한 정보의 집합체에 해당한다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 도 4의 방식으로 얻은 일 조사면(T1)에 관한 정보는 검사실린더(210) 또는 검사대상체(300)의 회전으로 인해 검사대상체(300) 내주면의 전체 각도에 형성된 조사영역(T2)에 대한 정보로 취합시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 제2미러(240)의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
이하 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 제2미러(240)의 배치를 설명한다.
이를 설명하기에 앞서 각 방향을 먼저 설정하기로 한다. 먼저, 검사실린더(210)의 길이 방향으로 형성된 축을 Z축으로 설정한다. 또한, Z축과 수직하며 Z축의 일 지점에서 조사면(T1)의 일 지점을 향하는 방향, 즉, 검사용 레이저(L)가 검사실린더(210) 내부로 입사되는 방향으로 형성된 축을 X축으로 설정한다. 또한, Z축과 X축에 수직하게 형성된 축을 Y축으로 설정한다.
한편, 제2미러(240)는 일 예시적으로 사각 형태의 거울일 수 있다. 이때 제2미러(240)는 제2미러(240)의 가로 방향과 상기 Y축이 일치하고, 세로 방향과 상기 X축이 일치하도록 하며 상기 X축과 Y축이 형성하는 XY평면 상에 눕혀진 상태로부터, 상기 XY평면에 대해 Y축을 기준으로 임의의 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다.
이로 인해 제2미러(240)의 거울면은 검사대상체(300)의 조사면(T1)을 비스듬히 바라보는 형태로 배치된다.
한편, 제2미러(240)가 Y축을 기준으로 기울어진 각도는, 검사대상체(300)의 조사면(T1)으로부터 조사되어 제2미러(240)로 향하는 검사용 레이저(L)를 반사 및 굴절시켜 센싱카메라(170)로 입사시키기에 적절한 임의의 각도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 제1미러(230)의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치의 제1미러(230)의 배치에 대해 설명한다.
제1미러(230)는 제2미러(240)의 일 측면에 인접하게 배치될 수 있다. 제1미러(230)는 제2미러(240)와 이격되어 배치될 수도 있으며, 제2미러(240) 상에 제1미러(230)가 배치되는 구성도 가능하다.
구체적으로, 도 8에서 제1미러(230)는 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 이하 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하여 도 8의 (c)에 도시된 배치 상태를 설명한다. 하기 설명은 단지 제1미러(230)의 배치 상태를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 도 8의 (c)의 배치 상태를 만족한다면 제1미러(230)의 배치 과정은 다른 방식이어도 무방하다.
먼저, 제1미러(230)의 가로 방향과 상기 Y축이 일치하고, 제1미러(230)의 세로 방향과 상기 X축이 일치하며, 제1미러(230)가 XY평면에 수평하게 배치된 상태를 가정할 수 있다.
이 상태에서 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 Y축을 기준으로 제1미러(230)가 임의의 각도로 회전 배치된 상태를 가정할 수 있다. 이로 인해 제1미러(230)의 거울면은 검사대상체(300)의 조사면(T1) 방향을 비스듬히 바라보는 상태가 되며, 검사실린더(210)의 길이 방향을 따라 입사하는 검사용 레이저(L)를 대략 수직 방향으로 굴절시킬 수 있는 상태가 된다.
도 8의 (a)의 배치 상태에서, 제1미러(230)가 Z축을 기준으로 임의의 각도로 회전되어 도 8의 (b)와 같은 상태로 배치된 상태를 가정할 수 있다. 이는 앞서 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1미러(230)로부터 굴절 반사되는 검사용 레이저(L) 성분의 경로와 검사대상체(300)의 조사면(T1)으로부터 반사된 검사용 레이저(L) 성분의 경로 사이에 임의의 경로각(Q)을 형성하기 위함이다.
도 8의 (b)의 배치 상태에서, 제1미러(230)는 X축을 기준으로 임의의 각도로 회전됨으로써 도 8의 (c)와 같은 상태로 배치될 수 있다. 이와 같은 상태로 제1미러(230)가 배치됨으로써 도 4에 도시된 바와 같이 검사용 레이저(L)의 진행 경로가 형성되도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치에서 검사용 레이저(L)가 필터렌즈(160)에 의해 필터링되는 과정을 도시한 도면이다.
이하 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치에서 필터렌즈(160)에 입사되는 검사용 레이저(L)가 필터링되는 과정을 설명한다.
제2미러(240)에 의해 반사 및 굴절되는 제2경로(L2) 상의 검사용 레이저(L) 성분은 그 폭이 일정 범위 내로 제한됨에도 불구하고, 예상치 못하게 노이즈 성분(L22)이 존재할 수 있다.
이때 노이즈 성분(L22)은 도 9에 도시한 바와 같이 검사용 레이저(L)가 산란된 성분일 수도 있고, 외부 빛의 유입으로 발생한 성분일 수도 있다. 이와 같은 노이즈 성분(L22)은 출력 영상의 선명도 등에 안 좋은 영향을 미칠 수 있으므로 제거하는 것이 바람직하다.
필터렌즈(160)는 노이즈 성분(L22)을 제거한다. 이를 위해 필터렌즈(160)는 일 예시적으로 텔레센트릭 렌즈일 수 있다. 텔레센트릭 렌즈는 입사각이 일정 각도 이상인 광 성분은 투과시키지 않고, 입사각이 일정 각도 이하인 광 성분만 선택적으로 투과시킬 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 필터렌즈(160)로 유입되는 검사용 레이저(L)는 검사대상체(300)의 내주면 검사에 적합한 정상 성분(L21)과 노이즈 성분(L22)으로 이루어질 수 있다. 여기서 필터렌즈(160)는 입사각이 일정 각도 이상인 노이즈 성분(L22)을 투과시키지 않고 정상 성분(L21)만 투과시켜 센싱카메라(170)에 의해 센싱되게 함으로써, 검사대상체(300)의 내주면에 대한 선명한 영상을 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치는 검사실린더(210) 내부에 필수 구성으로서 복수 개의 거울만을 배치하여 제조할 수 있고, 검사대상체(300)의 크기에 따라 상기 복수 개의 거울은 필요한 만큼 소형화 시킬 수 있다.
따라서 검사실린더(210)의 직경을 충분히 줄일 수 있어 기계 가공품의 부피가 작은 홀의 내경 등을 대상으로 검사를 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 내경 검사 장치는 필요에 따라 적합한 직경을 갖는 검사실린더(210)를 사용하고, 레이저필터(140)의 필터홀의 크기를 조정하여 검사용 레이저(L)의 폭을 조정할 수 있다.
이로써 검사실린더(210)의 사이즈 교체 및 레이저필터(140)의 필터홀의 크기를 조정하는 것 만으로 내경의 크기가 다른 여러 종류의 검사대상체(300)에 대한 검사를 다양하게 수행할 수 있다는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 본체부 200 : 검사부
110 : 본체케이스 210 : 검사실린더
120 : 레이저광원 220 : 레이저투과부
130 : 라인레이저 모듈 230 : 제1미러
140 : 레이저필터 240 : 제2미러
150 : 입사미러 300 : 검사대상체
160 : 필터렌즈
170 : 센싱카메라

Claims (9)

  1. 내부에 공간이 형성되고, 길이를 가지며 연장된 검사실린더;
    상기 검사실린더 내부에 형성된 공간을 지나는 검사용 레이저를 조사하는 레이저광원;
    상기 검사실린더 내부에 배치되며, 상기 레이저광원으로부터 조사된 상기 검사용 레이저를 검사대상체의 내주면 상의 조사면을 향해 반사 및 굴절시키기 위한 제1미러;
    상기 검사실린더 내부에서 상기 제1 미러의 일측에 배치되며, 상기 검사대상체의 내주면 상의 조사면에 조사되어 나온 상기 검사용 레이저를 상기 검사실린더 내부에 형성된 공간을 지나도록 반사하는 제2미러; 및
    상기 제2미러에 의해 반사된 상기 검사용 레이저를 감지하는 센싱카메라를 포함하며,
    상기 검사용 레이저의 상기 제1미러로부터 상기 검사대상체까지의 이동 경로 및 상기 검사대상체로부터 상기 제2미러까지의 이동 경로 간 경로각이 형성되도록 상기 제1미러 및 상기 제2미러는 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 내경 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1미러를 향해 입사되는 상기 검사용 레이저의 경로 및 상기 제2미러로부터 반사되는 상기 검사용 레이저의 경로는 상기 검사용 레이저가 상기 검사실린더 내벽에 의해 산란되는 것을 방지하도록 서로 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 내경 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검사실린더는 그 길이 방향으로 형성된 중심축을 기준으로 360도 회전하고, 상기 검사실린더의 회전 각도 상의 각각의 배치 상태에서 얻어진 상기 검사대상체의 각 조사면에 대한 정보를 취합하여 상기 검사대상체의 내경을 검사하는 것을 특징으로 하는 내경 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저광원에서 조사된 상기 검사용 레이저를 라인 레이저 형태로 변환시키기 위한 라인레이저 모듈을 더 포함하는 내경 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 라인레이저 모듈에 의해 형성된 상기 라인 레이저의 가장자리 영역을 필터링하기 위한 레이저필터를 더 포함하는 내경 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검사실린더의 중심 축으로부터 상기 검사대상체의 내주면까지의 거리에 따라 상기 레이저필터의 필터폭을 조절할 수 있는 조작부를 더 포함하는 내경 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 조사된 검사용 레이저를 수직하게 굴절시켜 상기 검사실린더의 내부 공간으로 입사시키기 위한 입사미러를 더 포함하는 내경 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센싱카메라에 인접하게 배치되고, 상기 센싱카메라를 향해 입사되는 상기 검사용 레이저의 성분 중 입사각이 일정 각도 이하인 성분만 통과시키기 위한 필터렌즈를 더 포함하는 내경 검사 장치.
  9. 검사대상체의 내부에 인입되어 상기 검사대상체의 내경을 검사하기 위한 내경 검사 장치로서,
    상기 검사대상체의 내경을 향해 검사용 레이저를 조사하고, 상기 검사용 레이저의 상기 검사대상체에 대한 입사 경로 및 상기 검사대상체로부터의 반사 경로를 분석하여 상기 검사대상체의 내경에 대한 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 내경 검사 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022090585A1 (es) * 2020-10-29 2022-05-05 Cin Advanced Systems Group, S.L. Dispositivo y procedimiento de inspeccion de una superficie interior de un cuerpo hueco

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