KR100448619B1 - 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치 - Google Patents

적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치에 관한 것으로, 본 발명은 적외선 평행광을 발생하는 적외선 발광소자로 이루어진 조명장치(20)와, 이 조명이 주사된 강판의 표면영상을 획득하는 면적 카메라(30), 그리고 이 카메라(30)로부터의 영상신호를 처리 및 분석하는 영상신호처리용 컴퓨터(40)를 구비하여, 제철소에서 생산되는 코일 제품에서 발생하는 스크래치(scratch), 스케일(scale), 슬립마크(slip mark)등과 같은 요철성 결함을 효과적으로 검출할 수 있으며, 또한, 조업환경 주변의 조명에 의한 검출광학계의 간섭효과를 최소한으로 줄이고 요철성 결함의 검출성능을 항상시킨 것이다.

Description

적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치{APPARATUS USING INFRARED-ILLUMINATION FOR DETECTING DEFECT ON SURFACE OF STEEL SHEET}
본 발명은 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치에 관한 것으로, 특히 적외선 조명을 이용하여 고속주행 동안에도 주변조명에 영향받지 않고서 강판의 요철성 표면결함등과 같은 미세한 표면결함을 검출할 수 있으며, 또한 결함종류를 식별할 수 있는 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제철소에서 생산되는 강판에서 발생하는 요철성 표면결함에는 스크래치(scratch), 스케일(scale), 슬립마크(slip mark)등이 있다.
이와같은 강판의 표면결함을 검출하기 위해서, 조업중에 조업자가 직접 주행중인 강판의 표면을 직접 육안으로 관찰하여 요철성 표면결함을 검사하거나, 또는 강판의 표면에 레이저빔을 주사하는 레이저 및 강판표면으로부터 반사되는 빛을 검출하는 레이저 수광부로 구성된 장치를 사용하여 표면결함을 검출하는 표면을 검출하는 방법을 사용하고 있으며, 그리고 가시광선 영역의 조명을 강판표면에 주사하여 BCD카메라로 이를 촬영하여 일정한 신호처리과정을 거쳐 표면결함을 검출하는 방법도 사용되고 있다.
상기 첫 번째 방법인 조업자 관찰에 의한 표면결함 검출방법은 조업자가 항상 강판의 표면을 관찰하고 있어야 하므로, 정확한 검출이 어려울 뿐만 아니라 인력낭비가 초래되었고, 또한, 조업자들 사이에 일관된 검출 기준이 존재하기 어렵기 때문에 객관적인 검출이 어려웠으며, 미세한 요철성 결함인 경우에는 육안으로 관찰하기 어려울 뿐만아니라, 강판의 주행속도가 빨라지게 되는 경우에는 결함검출 자체가 불가능한 문제가 있었다.
상기한 두 번째 방법인 레이저를 이용한 표면결함 검출방법은 사용되는 장치에 따라 혹은 방법에 따라 실제적으로 여러 가지 방법이 존재할 수 있다. 예를 들어, 일본국 특개평 제6-308051호 및 제9-61373호에는 이러한 방법이 개시되어 있다.
도 1은 일본국 특개평 제6-308051호에 개시된 표면검출장치를 나타내는 도면으로, 도면부호 31은 레이저발진기, 32는 로터리미러, 33은 로터리미러로 부터의 반사광을 강판(S)에 주사하는 반사미러이며 상기 강판(S)의 상면에는 정반사되는 레이저빔을 수광하는 제1수광부(34)와 난반사되는 레이저빔을 수광하는 제2수광부(35)가 설치되어 있다.
상기한 구성으로 이루어진 강판의 결함검출장치에서는, 강판(S)의 라인방향과 폭방향 반사신호의 일정량으로부터 일부를 추출하고 이 추출된 부분에서 정반사 고주파대역, 정반사 저주파대역, 난반사 고주파대역 및 난반사 저주파대역의 각 결함신호를 얻으며, 이 4종류의 결함신호에 정부(正負;±)가 더해진 8종류의 신호의 대소를 비교하고 이 8종류 신호에 있어서 각 화소당 최대 신호값과 최대 신호레벨로되는 채널로부터 강판의 표면결함을 검출한다.
그리고, 일본국 특개평 제9-61373호에 기재된 결함검출방법에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 1번째의 1차원 수광신호에 대하여 그 평균강도를 산출하고 이 값을 설정된 소정의 문턱값(Th1)과 비교한다. 평균강도가 문턱값(Th1) 보다 큰 경우에는 강판의 전체에 걸쳐 결함이 검출되었음을 출력장치에 전송하고, 반대로 문턱값(Th1) 보다 작은 경우에는 상기 평균강도값을 기초로 하여 1차원수광신호를 강도변환하여 연결처리수단으로 전송한다.
이어서, 2번째의 1차원 수광신호에 대하여 동일한 처리를 실시한다. 여기서 말하는 강도변화라는 것은 각 1차원 수광신호의 평균강도가 일정값으로 변환되는 것을 의미한다. 이러한 수순이 각 1차 수광신호에 대하여 차례로 실행된다. 이러한 과정에서 강판 표면의 전체적인 결함이 각 1차 수광신호의 강도변화를 수행하기 전에 평균강도의 크기를 평가하는 것에 의해서 검출된다.
한편, 연결처리수단은 강도변화된 1차원 수광신호를 순차버퍼에 저장시켜 2차원적 수광신호를 형성해서 설정된 문턱값(Th2)에 의해 문턱값처리를 실행한다. 이 2차원적 수광신호가 문턱값(Th2) 보다 클 경우, 국소적인 표면결함을 검출했음을 출력장치에 전송한다. 2차원적 수광신호가 문턱값(Th2) 보다 크기 않다는 것은 표면결함이 존재하지 않음을 의미하며 이를 출력장치에 전송한다.
그러나, 이와같이 레이저를 이용하여 표면결함 검출방법에서도 요철성 표면결함을 검출할 수는 있지만, 레이저 수광부에 받아들인 신호가 원래의 표면결함 형태를 유지하지 못하기 때문에 결함의 종류를 식별하기 어렵고, 착색성 결함인 경우는 검출이 불가능하다는 문제점이 있으며, 또한, 1000mpm 이상의 고속으로 주행하는 고속라인에서는 적용하기가 어렵다는 문제가 있었다.
상기한 세번째 방법인 가시광선 영역의 조명과 CCD카메라를 이용한 표면결함 검출방법은 가시광선 영역의 조명과 CCD카메라를 이용하는 방법은 대한민국 특허번호 98년 제58742호에 개시되어 있으며, 이에 대한 구성이 도 3에 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 가시광선 영역의 조명과 CCD카메라를 이용하는 방법은 고속으로 주행하는 강판(1)의 표면에 10μs 이하의 노출시간으로 분산된 형태의 빛을 주사하는 할로겐램프(10)와, 강판(1)으로부터 반사되는 빛이 입력되어 영상을 획득하는 면적 CCD 카메라(11)와, 이 카메라(11)에서 획득된 영상이 입력되어 신호가 처리되고 영상이 분석되는 영상처리부(3)로 구성된 장치를 이용하는 방법이다.
그러나, 이와같은 또다른 종래 방법은 착색성 결함을 검출할 수 있지만, 요철성 결함을 검출하기 어렵고, 또한 조업 환경에 의한 주변 조명의 간섭으로 검출률이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 적외선 조명을 이용하여 고속주행 동안에도 주변조명에 영향받지 않고서 강판의 요철성 표면결함등과 같은 미세한 표면결함을 검출할 수 있으며, 또한 결함종류를 식별할 수 있도록 함으로써, 강판표면의 결함에 대한 정밀검사가 가능하게 하는 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 표면결함 검출장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 종래의 표면결함 검출장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 또다른 종래의 표면결함 검출장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 강판의 표면결함 검출장치의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 표면결함장치에서 조명장치에서 출력된 빛이 강판에 반사되어 카메라에 입력되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 적외선발광소자를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 적외선발광소자를 사용한 조명장치의 정면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 강판 2 : 롤
20 : 조명장치 30 : 면적 CCD카메라
25 : 적외선발광소자 40 : 신호처리용 컴퓨터
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 주행하는 강판의 표면에 적외선을 주사하는 조명장치; 상기 조명장치에 의해 적외선이 주사된 강판의 영상을 획득하는 카메라; 상기 카메라에서 획득된 영상신호를 처리 및 분석하는 영상처리부;를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 강판의 표면결함 검출장치의 개략 구성도로서, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치는 주행하는 강판의 표면에 적외선을 주사하는 조명장치(20)와, 상기 조명장치(20)에 의해 적외선이 주사된 강판의 영상을 획득하는 카메라(30)와, 상기 카메라(30)에서 획득된 영상신호를 처리 및 분석하는 영상처리부(40)를 구비한다. 이 영상처리부(40)는 본 발명에서는 영상신호를 처리하기 위한 소프트웨어를 설치되어 있는 컴퓨터를 사용하고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 표면결함장치에서 조명장치에서 출력된 빛이 강판에 반사되어 카메라에 입력되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 강판(1)의 요철성 표면결함이 조명의 난반사 각도에서 가장 잘 검출되는 점에 착안하여, 상기 카메라(30)의 입사각이 조명의 난반사 각도에 해당하도록 상기 카메라(30)를 설치하였으며, 본 발명의 실시예에서는 상기 카메라(30)와 강판이 서로 직각이 되도록 상기 카메라(30)를 설치하며, 이 카메라(30)는 면적 CCD카메라를 사용하며, 또한 상기 카메라(30)에는 가시광선의 영역의 파장을 제거하도록 가시광선 제거필터를 더 부착한다.
도 6은 본 발명에 따른 적외선발광소자를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 적외선발광소자를 사용한 조명장치의 정면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 조명장치(20)는 평행한 빛을 발산하는 적외선 발광소자(25)의 복수개를 좁은 간격으로 긴밀하게 배열하여 이루어지는데, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 880mm의 파장대역을 갖는 적외선 발광소자(25)를 매트릭스 구조로 배열하여 설치하였으며, 또한, 상기 조명장치(20)에서 강판으로의 투사각이 90도보다 작은 예각이 되도록 조명장치(20)를 설치하는데, 본 발명의 실시예에서는 상기 투사각이 45도가 되도록 상기 조명장치(20)를 설치한다.
이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명을 설명하면, 도 4에 도시한 롤(2) 사이에서 고속으로 주행하고 있는 강판(1)에 조명장치(20)를 통해 대략 45도의 각도로 적외선을 조사하는데, 상기 조명장치(20)는 복수개의 적외선 발광소자(25)가 도 7에 도시한 바와같이 긴밀하게 배치되어 있으며, 이 조명장치(20)의 적외선 발광소자(25)가 평행광선인 적외선을 조사한다.
이에따라, 상기 조명장치(20)에 의해 조사된 적외선은 상기 강판(1)에 반사되는데, 이때, 카메라(30)는 조명장치(20)와 난반사각도 위치에 설치되어 있기 때문에, 상기 강판(1)에 반사되는 적외선 성분중 난반사되는 적외선이 면적 카메라(30)에 입사되고, 이에따라 카메라(30)는 상기 조명장치(20)에 의해 적외선이 조사된 강판(1)을 촬영하게 된다.
한편, 상기 카메라(30)는 가시광선 제거필터가 설치되어 있어 이 가시광선 제거필터에 의해서 주변환경의 조명등의 가시광선이 제거되므로, 주변의 조명등의 가시광선이 차단 또는 제거되므로 빛의 간섭이 최소화되어 검출효율이 향상되는 것이다.
상기 카메라(30)는 상기 입력된 적외선에 의해 강판(1) 표면의 영상을 획득하는데, 상기 카메라(30)가 면적 CCD카메라이기 때문에 강판의 일정 면적에 대한 영상을 획득하게 된다.
보통, 고속으로 주행하는 강판을 상기 노출시간을 갖는 카메라(30)로 촬영하여 선명한 영상을 획득하는 것은 불가능하다. 그러나, 상기 조명장치(20)의 노출시간이 짧기 때문에, 카메라(30)에 입력되는 영상은 상대적으로 매우 짧은 시간 동안에만 노출되는 결과가 된다. 따라서, 카메라(30)가 선명한 영상을 얻을 수 있게 된다.
이후, 상기 카메라(30)에서 확득된 강판(1)의 영상신호는 영상신호처리용 컴퓨터(40)로 제공됨에 따라, 이 컴퓨터(40)가 영상신호를 처리하고 분석하는 과정을 통해서 상기 강판의 결함을 검출하고, 검출된 결함을 식별할 수 있게 되는 것이다.
상기한 신호처리용 컴퓨터(40)에서 신호를 처리하고 영상을 분석하는 것은 일반적으로 알려진 프로그램에 의해 실시된다. 이러한 프로그램은 특별히 한정될 필요는 없으며, 일반적으로 영상신호를 처리하고 분석하는 상용프로그램은 무엇이든 가능하다.
상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 적외선 조명을 이용하여 고속주행 동안에도 주변조명에 영향받지 않고서 강판의 요철성 표면결함등과 같은 미세한 표면결함을 검출할 수 있으며, 또한 결함종류를 식별할 수 있도록 함으로써, 강판표면의 결함에 대한 정밀검사가 가능하게 하는 특별한 효과가 있는 것이다.
뿐만아니라, 조업자가 강판의 표면을 항상 관찰하지 않아도 되고, 결합검출 및 식별이 가능함에 따라서, 조업의 생산성을 향상시킬 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (6)

  1. 주행하는 강판의 표면에 적외선을 주사하며, 평행한 빛을 발산하는 복수개의 적외선 발광소자(25)를 좁은 간격으로 긴밀하게 배열하여 이루어진 조명장치(20);
    상기 조명장치(20)에 의해 적외선이 주사된 강판의 영상을 획득하며, 상기 주사된 적외선의 난반사 각도에 해당하도록 설치된 카메라(30);
    상기 카메라(30)에서 획득된 영상신호를 처리 및 분석하는 영상처리부(40)를 구비함을 특징으로 하는 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 조명장치(20)에서 강판으로의 투사각이 45도가 되도록 상기 조명장치(20)를 설치함을 특징으로 하는 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 카메라(30)와 강판이 서로 직각이 되도록 상기 카메라(30)를 설치함을 특징으로 하는 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 카메라는
    면적 CCD카메라를 사용하며, 이에 가시광선 제거필터를 부착한 것을 특징으로 하는 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치.
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