KR101015457B1 - 압연/인발된 금속 바아와 같은 피가공물 상의 표면 결함을검출하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

압연/인발된 금속 바아와 같은 피가공물 상의 표면 결함을검출하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 금속 바아의 표면 결함 검출과 관련된 문제뿐 아니라 비파괴 표면 결함 검출을 위한 금속 바아에 대한 금속 평탄 검사 시스템의 적용과 관련된 문제를 해결하기 위한 것이다. 상기 목적을 위해서, 연산 유닛, 라인 라이트, 및 높은 데이터 전송속도 라인 스캔 카메라로 구성되는 특수 설계된 촬영 시스템이 개발되었다. 그 적용 대상은, (1) 주어진 형상에 대한 단면적이 1일 때 4.25이하의 단면적 대 둘레 비율을 갖고, (2) 그 단면이 원형, 타원형, 또는 다각형이며, (3) 기계적인 단면 감소 공정에 의해 제조되는 금속 바아이다. 상기 금속은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 청동, 티타늄, 니켈 등, 및/또는 그 합금일 수 있다. 상기 금속 바아는 그것이 제조될 때의 온도에 있을 수 있다.
화상 벨트, 금속 바아, 화상 포착 조립체, 광선 벨트, 광선 조립체, 연산 유닛, 디지털 카메라, 광학 필터, 광학 부스터

Description

압연/인발된 금속 바아와 같은 피가공물 상의 표면 결함을 검출하기 위한 장치 및 방법{AN APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SURFACE DEFECTS ON A WORKPIECE SUCH AS A ROLLED/DRAWN METAL BAR}
연방 지원 연구에 관한 기술
본 발명은 국립 과학기술 연구소(NIST: National Institute of Standards and Technology)에 의해 수여된 공동계약 제70NANBOH3014호 하에 미국 정부 후원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 있어서 어떤 권한을 갖는다.
관련 출원에 대한 상호-참조
본원은 그 내용이 본원에 전부 참조로 원용되는 2002년12월3일자 미국 가출원 제60/430,549호의 이익을 청구하고 있다.
본 발명은 일반적으로, 압연/인발된 금속 바아와 같은 피가공물의 표면을 세밀하게 촬영할 수 있는 촬영 시스템에 관한 것이다.
금속 바아를 압연이나 인발과 같은 기계적인 공정에 의해 제조하는 것은 공지되어 있다. 그러한 금속 바아는, 바아가 길이방향으로 전방 이동하면서 종축에 대해 회전/비틀림될 수 있도록 바아의 단면적이 작은 둘레/단면적 비율을 갖는다는 점에서, 금속 슬래브, 블룸(bloom), 또는 스트립(이하에서는 금속 평판으로 지칭함)과 상이하다. 예를 들어, 도2에 도시된 바아 형상은 주어진 형상에 대한 단면적이 1일 때 4.25이하의 단면적 대 둘레 비율(a ratio of circumference to cross-sectional area)을 갖는다. 그러한 금속 바아의 단면적 형상은 도2에 도시하듯이 원형, 타원형, 또는 육각형, 팔각형 또는 사각형과 같은 다각형일 수 있다. 이런 형태의 금속 바아는 관련 산업에서 통상 "편평 제품"보다는 "긴 제품"으로 지칭된다. 본원에서 사용되고 이하에서 감소 공정(Reducing Process)으로 지칭되는 압연, 인발, 압출 등은, 금속 피가공물의 횡단면 치수를 롤러 및 인발 다이와 같은 적용가능한 도구와 피가공물의 기계적 접촉을 통해서 감소시키기 위한 방법을 기술한다. 이들 감소 공정은 성질적으로 대체로 연속적이거나 거의 연속적이다.
금속 제조 산업에서, 표면 결함의 존재 또는 부재는 금속 제품의 평가와 관련한 기준이다. 예를 들면, 표면 결함은 스틸 바아 및 봉 산업에 있어서 외부 불합격(즉, 고객에 의한 불합격)의 절반을 차지한다. 그러나, 종래 기술은 그러한 결함을 검출하기 위한 신뢰성있는 수단을 전혀 제공하지 못하고 있다. 종래의 검사 방법이 극복할 수 없는 여러가지 문제가 있다.
첫째로, 금속 바아 제품이 "고온(hot)" 상태에 있는 동안 검사가 이루어지는 경우, 온도가 1,100℃정도로 높아서, 많은 검사 기술의 사용이 곤란하다. 둘째로, 전술한 그러한 금속 바아의 이동 속도가 오늘날 100m/s로 빠르고, 가장 빠른 금속 스트립의 속도보다 몇 배 빠르며, 금속 슬래브나 블룸보다는 거의 100배 정도 빠르 다. 또한, 가까운 미래에는 그 속도 증가가 150m/s 내지 200m/s의 범위일 것으로 예상된다. 종래의 검사 방법은 그러한 높은 이동 속도를 수용할 수 없다. 셋째로, 전술한 것과 같은 고온 금속 바아는 통상 코블링(cobbling)되지 않도록 섹션형 도관 내에 한정된다. 코블링이란 고온 고속의 금속 바아가 도관 밖으로 자유롭게 나가는 사건이다. 따라서, 임의의 검사 장치를 위한 공간이 극히 제한된다.
주조 또는 압연된 금속 평판의 검사에 다양한 촬영 방법을 적용하는 것은 공지되어 있지만, 촬영 기법은 이제까지 긴 제품(즉, 금속 바아)의 검사에는 사용되지 않았다. 종래의 촬영 시스템은 금속 바아 등을 검사하는데 사용될 수 있을 것으로 믿어지지 않는 바, 그 이유는 금속 바아의 형상이 편평면 상의 결함을 개선/캡처하는데 사용되는 조명 및 촬영 설계를 무효화시키기 때문이다. 도 4는 평탄 피가공물 대 원형 피가공물에 대한 조명 적용 및 화상 캡처의 차이를 도시한다. 비평탄 피가공물에 대해, 광학 정렬 및 광학 작업 범위의 자유도는 대상물이 평탄면을 갖지 않을 때 사라진다. 예를 들어, 도4에 예시적으로 도시하듯이 빛이나 카메라가 경사지면 화상 라인과 조명 라인은 중첩되지 않을 수 있다. 또한, 금속 바아는 통상 금속 평판보다는 고온 상태이다. 대상물의 열 발산은 주위 공기나 워터 스프레이와 같은 냉각 매체에 노출되는 면적에 비례한다. 평판과 바아가 동일한 재료로 제조되고 동일한 종방향 단위 밀도 및 단면적을 갖는다고 가정할 때 금속 평판의 면적은 금속 바아의 면적의 몇 배에 달한다.
그러나, 감소 공정에서 바아 게이지 측정/제어(새도우 측정), 바아 존재/부재, 및 바아 이동 속도 측정을 위해 촬영-기초 도구를 사용하는 것은 공지되어 있 다.
또한, 긴 제품의 평가에 있어서 와류-기초 도구와 같은 전자기 장치를 사용하는 것도 공지되어 있다. 와류-기초 감지 시스템은 인라인 검사를 위한 감소 공정에서 표면 결함을 검출하기 위해 사용된다. 이 방법은 고생산성 제조 라인 환경(즉, 일분당 핫스틸(hot steel) 바아 1km)에서 수행될 수 있는 높은 응답속도를 갖는다. 그러나, 이 방법은 몇가지 결점을 갖는다. 먼저, 고온 표면에 매우 근접(통상 2.5mm 미만)해야 한다. 따라서, 진동 및 온도에 민감해진다. 더구나, 검출된 결함의 특성을 기술할 수 없다는 점에서 정량적이지 못하다. 마지막으로, 와류 방법은 어떤 형태의 결함에 대해서는 검출할 수 없다. 결과적으로, 와류 장치에서의 검사 결과는 금속 산업에서 특정 제품의 품질에 대한 결정적인 판정을 위해서 사용되지 않는다. 오히려, 와류-기초 도구의 출력은 예를 들면, 단지 공정 제어 목적으로 감소 공정에서의 "금주의 스틸 배치(batch of steel)가 일반적으로 지난주에 제조된 배치보다 좋지 않다"는 것과 같은 정성적(qualitative) 분석에만 사용된다.
종래에 시도된 다른 방법은 초음파 감지를 이용한다. 이는 와류 센서를 초음파 센서로 대체하는 방법이다. 그러나, 짧은 작동 거리와 같은 와류-기초 도구와 관련된 여러가지 제약들이 똑같이 적용된다.
종래에 사용된 다른 검사 기법에는 유도 가열에 의한 자기 침투, 회절, 및 적외선 촬영이 포함된다. 그러나 이들 기법의 사용은 제한된다. 먼저, 이들 기법은 "저온(cold)" 금속 바아에만 기초할 수 있다. 즉, 이들 기법은 열간 압연 적용 중에 또는 그 직후에 인라인 검사를 위해 사용될 수 없다. 또한, 금속 바아는 검사 전에 박피(descale)되어야 한다. 또한, 자기 침투제의 사용은 지저분하고 성가시다. 이 방법은 통상 자동 촬영 및 검사 대신에 자외선 조명과 더불어 사람의 관찰에 의존한다. 회절 장치는 회전 검출 헤드와 함께 설계된, 와류 기초 유닛이다. 그러한 회전 기구는 대략 3m/s의 속도로 통상 사용되는, 높은 이동 속도를 갖는 금속 바아 검사에서의 이 장치의 적용을 제한한다. 그러한 장치는 또한 이동 감지 헤드 설계로 인해 고가이다. 유도 가열 및 적외선 촬영의 조합은 유도 전류가 금속 바아의 표면에만 형성된다는 사실에 기초하며, 금속 바아의 표면 결함은 결과적으로 높은 전기 저항을 초래할 것이다. 따라서, 표면 결함을 갖는 스폿들은 다른 부분보다 빨리 가열될 것이다. 이러한 방법과 관련한 문제들이 발생하는 바, (a) 그러한 보다 빠른 가열이 일시적인 효과이며 따라서 타이밍(촬영 타이밍)이 매우 임계적이고, (b) 적외선 센서가 매우 높은 데이터 전송속도용으로는 유용하지 않고 따라서 높은 이동 속도를 갖는 금속 바아를 지지할 수 없다는 것이다.
물론, 금속 바아의 제조 후에 검사는 가능하다. 그러나, 제품이 길고 감겨있어서 바아 표면이 저온 검사를 위해 접근할 수 없기 때문에 제조후 검사는 종종 불가능하다.
오늘날, 감소 공정에 의해 제조된 금속 바아의 실시간 검사는 매우 제한되어 있다. 금속 바아는 일반적으로 종래의 인라인 와류 검사 시스템에 의해 결함 신호가 게시되더라도 제조업자로부터 고객에게로 선적된다. 따라서 고객의 불만은 고객에게는 즉시 명확하지 않은 금속 바아 제품 상의 표면 결함으로 인해 3 내지 6개 월 후에 나타날 수 있다. 그러한 불만은 금속 바아 공급업자(즉, 제조업자)에게 비용으로 전가된다. 금속 바아 공급업자는 고객에게 전체 코일/배치 비용을 물어주거나 금속 바아 코일/배치로 제조된 부품을 검사하기 위한 추가 수고 비용을 분담할 것이다.
따라서 전술한 문제들중 하나 이상을 최소화하거나 제거하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 압연/인발 가공된 금속 바아의 표면 결함을 검출하기 위해 인라인 또는 오프라인으로 사용되기에 적합한 촬영-기초 장치를 위한 종래의 방법과 연관된 상기 문제들중 하나 이상을 해결하는 것이다.
본 발명은 종래의 금속 바아 검사 시스템과 연관된 문제점뿐 아니라 촬영 시스템 사용을 통한 금속 바아상의 표면 결함의 비파괴 검사를 위한 금속 바아에 대한 금속 평면 검사 시스템과 연관된 문제점중 하나 이상의 해결에 관한 것이다.
본 발명의 한 가지 장점은, 상기 특징들을 갖는 금속 바아, 즉 아마도 자기방출되는(self-emitted) 방사선을 생성하기에 충분히 높을 수 있는 제조 온도에 있을 수 있는 금속 바아뿐 아니라, 종축에 대해 회전되고 잠재적으로 상당한 고속으로 이동될 수 있는 금속 바아의 제조에 효과적으로 사용될 수 있다는 점이다. 본 발명의 다른 장점은 (i) 비평탄면 표면상의 결함을 촬영 및 검출하는데 효과적으로 사용되고, (ⅱ) 금속 바아를 그 온도와 무관하게 검사하기 위해 사용되며, (ⅲ) 100m/s 이상의 속도로 이동하는 금속 바아의 검사에 사용되고, (ⅳ) 금속 바아 표면에 대한 증가된 작업 간격을 제공함으로써 와류 기초 도구에 연관되는 발명의 배경 부분에 기술된 문제가 최소화되거나 제거되며, (v) 정량적 데이터를 포함하는 출력에 입증가능한 결함 부위 화상을 제공하고, (ⅵ) 피가공물의 표면에 스케일이 형성되기 전에 피가공물을 검사하며, (ⅶ) 일시적인 효과에 의해 영향을 받지 않거나 의존하지 않는 감소 공정에서의 (감소 스탠드 사이 또는 라인의 단부에 있는) 임의의 단계에서 검사에 사용하기에 적합하고, (ⅷ) 실시간으로 또는 실시간 비슷하게 표면 품질 정보를 제공하며, (ⅸ) 일체의 이동 감지 헤드가 부재하여 상기 발명의 배경 분야에서 기술한 이동 부품의 문제가 최소화되거나 제거되는 시스템을 제공하고, (x) 금속 바아 가이드 도관 섹션 사이에서 작동할 수 있는 매우 작은 갭(50mm 미만)만을 요하는 시스템을 제공한다는 점이다. 그러나, 장치 및/또는 방법은 전술한 장점을 모두 가질 필요가 없거나, 심지어는 그 대다수도 가질 필요가 없다. 본 발명은 청구범위에 의해서만 한정된다.
종축을 따라서 연장되는 세장형 바아를 촬영하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 화상 포착 조립체, 라인 라이트 조립체, 및 연산 유닛을 구비한다. 상기 화상 포착 조립체는 화상 벨트(image belt)를 형성하기 위해 바아의 표면 둘레에 걸쳐서 제1 소정 폭을 촬영하도록 구성된 시야를 갖는다. 상기 화상 포착 조립체는 또한 포착된 화상 벨트에 대응하는 화상 데이터를 생성하도록 구성된다.
상기 라인 라이트 조립체는 바아의 표면상에 제2 소정 폭을 갖는 광선 벨트를 투사하도록 구성된다. 상기 라인 라이트 조립체는 화상 벨트가 광선 벨트 내에 있도록 화상 포착 조립체에 대해 예를 들면 정렬에 의해 배치된다. 상기 라인 라이트 조립체는 또한, 화상 포착 센서의 각각에 의해 빛이 수집될 때 광도가 화상 벨트를 따라서 실질적으로 균일하도록 구성된다.
최종적으로, 상기 연산 유닛은 상기 화상 포착 조립체에 결합되며, 바아가 종축을 따라 이동할 때 화상 포착 조립체에 의해 얻어지는 다수의 화상 벨트에 대한 화상 데이터를 수신하도록 구성된다. 상기 연산 유닛은 또한 화상 데이터를 처리하여 바아의 소정 표면 특징을 검출하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 검출된 특징들은 표면 결함이며, 화상 포착 조립체는 카메라의 조합된 시야가 화상 벨트에 대응하도록 배치되는 n개의 디지털 카메라를 구비하고, n은 3 이상의 정수이다.
금속 바아 촬영 방법 또한 개시된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 기술될 것이며, 상기 도면에서 유사한 도면 부호는 여러 도면에서 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 개략적인 블록선도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예에 의한 검사에 적합한 피가공물의 예시적인 형상의 단면도이다.
도 3은 금속 평판의 단면 형상을 도시하는 도면이다.
도 4는 금속 평판 및 바아에 적용되는 종래의 조명 체제를 도시하는 개략도 이다.
도 5는 도관에 의한 그 이동 중에 구속되는 바아와, 본 발명에 따른 실시예가 배치될 수 있는 인접 도관 사이의 갭을 도시하는 간이 사시도이다.
도 6은 하나의 카메라를 사용할 때의 금속 바아에 대한 촬영 범위를 도시하는 간이 평면도이다.
도 7은 하나의 카메라와 텔레센트릭(telecentric) 렌즈에 의한 금속 바아에 대한 촬영 범위를 도시하는 간이 평면도이다.
도 8은 바아 프로파일에 대한 픽셀 라인과 같은 동일 크기 그리드의 투사에 기초한 원호 길이 변화를 도시하는 간이 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 바아 표면에 대한 조명 배치를 도시하는 간이 평면도이다.
도 10은 도 9의 조명 배치를 보다 상세하게 도시하는 간이 평면도이다.
도 11은 본 발명의 조명 배치가 사용되는 금속 바아의 간이 사시도이다.
도 12는 바아 표면을 향하는 원주 방향의 조명 배치를 도시하는 간이 평면도이다.
도 13a는 일부 표면 노이즈를 따른 표면 결함의 도시도이다.
도 13b는 도 13a의 화상에 적용되는 본 발명에 따른 화상 처리 단계의 예시적인 결과의 도시도이다.
도 14a 내지 도 14c는 금속 바아에서 발견될 수 있고 본 발명에 따른 일 실시예에 의해 검출될 수 있는 긴 표면 결함의 예의 도시도이다.
도 15a 내지 도 15c는 금속 바아에서 발견될 수 있고 본 발명에 따른 일 실시예에 의해 검출될 수 있는 상대적으로 짧은 표면 결함의 도시도이다.
본 발명은 금속 바아에 압연, 인발 등의 공정(즉, 본 발명의 배경에서 기술된 감소(reducing) 공정)이 적용될 때 금속 바아를 표면 결함에 대해 자동 검사할 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도면을 참조한 본 발명의 상세한 설명으로 나가기 전에, 일반적인 개요를 살펴본다. 본 발명은 하기의 특징들을 제공한다:
1. 상이한 단면 형상에서의 감소 공정들을 통해 제조되는 금속 바아에 작용할 수 있다.
2. 1,650℃까지의 바아 온도에서 금속 바아에 인라인으로 작용할 수 있다.
3. 100m/s 이상의 속도로 이동하는 금속 바아에 작용할 수 있다.
4. 그 임계 치수가 0.025mm 정도로 작은 표면 결함을 검출할 수 있다.
5. 그 크기, (바아 상의) 위치, 화상 등과 같은 결함 특성을 보고할 수 있다.
6. 최소한의 조정으로 예를 들어 단지 5mm 내지 250mm의 상이한 크기의 바아를 수용할 수 있다.
7. 검사 결과를 실시간으로 또는 거의 실시간으로 제공할 수 있다.
8. 목표물에 대해 작은 접근 윈도우(50mm 미만)로 작용할 수 있다.
9. 검사하는 동안 이동하는 부분이 전혀 없다.
10. 상업적인, 중공업 금속 제조 공장에서의 연속적인 작동.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 간이 개략 블록선도이다. 도 1은 적어도 하나의 광원(2), 광 도관(4), 다수의 라인 라이트(6), 및 대응하는 다수의 광학 부스터(8)를 구비할 수 있는 라인 라이트 조립체를 도시한다. 도 1은 또한 그 각각이 대응 렌즈(14)를 갖는 다수의 카메라(12)를 구비할 수 있는 화상 포착 조립체, 및 연산 유닛(10)을 도시한다.
도 1을 계속해서 참조하면, 종축을 따라 연장되는 세장형 금속 바아(16)와 같은, 검사 대상물 또는 검사 피가공물은 바아(16)의 감소 공정이 진행되어 가는 동안 그 길이 방향(20)을 따라서 100m/s 이상의 속도로 이동하는 것으로 도시되어 있다. 금속 바아(16)는 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 니켈, 구리, 청동, 또는 임의의 기타 금속, 및/또는 그 합금을 포함하는 그룹에서 선택된 하나로 형성될 수 있다. 상기 바아(16)는 중실형 또는 중공형일 수 있다. 통상적으로 그러한 금속 바아(16)는 도 1에 도시되지 않은, 도 5에서 도관(24)으로서 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 도관 내부를 이동하고 있다. 도 5에 도시된 갭(26)은 두 개의 인접하는 도관(24) 사이에 형성되며, 이 갭은 통상 금속 바아(16)의 고속 이동을 위해 축방향으로 취해서 예를 들면 대략 20 내지 50mm와 같이 매우 작다. 금속 바아(16)는 상승된 온도, 예를 들면 열간 압연 공정을 위해서는 1,100℃와 같은 고온에 있을 수 있음을 알아야 한다. 또한, 그 형상이 부여된 금속 바아(16)는 방향 20으로 이동할 때 도 1에서 화살표 21로 표시되는 방향으로 그 종축에 대해 비틀림/회전되기 쉽다는 것도 알아야 한다. 이러한 회전 가능성은 다른 것들 중에서도 종래의 촬영 시스템에 대해 문제점을 제기한다. 보다 상세하게 후술하듯이, 본 발명은 이 문제점을 해결하여 비틀림 및/또는 회전에 대해 견고한 촬영 시스템을 제공하고 있다.
바아(16) 상의 표면 결함을 검출하기 위해, 본 발명에 따른 촬영 시스템은 후술하듯이 어떤 특징들을 가져야 한다. 계속해서 도 1을 참조하면, 촬영 시스템은, 바람직하게는 n개의 촬영 카메라(12)를 포함하는 화상 포착 조립체를 구비하며, n은 3 이상의 정수이다. 파라미터 n은 후술하는 분석에 기초하여 3 이상으로 선정된다. 각각의 카메라(12)는 바아(16)의 전체 표면을 촬영하기 위해 적어도 120°의 원주 거리를 커버하도록 배열된다. 즉, 화상 포착 조립체는 화상 벨트(18)를 형성하기 위해 바아(16)의 표면의 전체 원주를 촬영하도록 구성된 복합 또는 조합 시야를 갖는다. 추가로 후술하듯이, 화상 포착 조립체는 또한 화상 벨트(18)에 기초하여 화상 데이터를 생성하도록 구성된다. 카메라의 개수에 대한 파라미터 n에 대한 분석을 이제 설명한다.
도 6에 도시하듯이, 카메라(12)와 연관된 표준 렌즈(14)는 렌즈(14)의 초점으로부터 바아(16)의 표면으로 연장되는 두 개의 접선 시선(28)에 의해 형성되는 관찰각(시야)을 가질 것이다. 이 관찰각은 도 6에 도시된 것과 같은 비평탄 표면에 투사되었을 때, 180°미만의 원주 커버범위(30)를 가질 것이며, 두 개의 렌즈/카메라 유닛(여기에서 렌즈는 텔레센트릭적이지 않음)만으로는 360°를 커버하기에 불충분할 것이다.
도 7은 텔레센트릭 렌즈(14')를 구비하는 배치를 도시한다. 평행한 시선을 모아주는 트루 텔레센트릭 렌즈는 사용된다고 하더라도, 원호 길이 변화로 인해 사실상 2-렌즈/카메라 시스템을 제공하지 못할 것이다. 특히, 렌즈(14)에 텔레센트릭 렌즈(14')가 추가되면 시선(28)은 평행하게 된다. 이 경우, 원주 커버범위(30)는 360°이다. 이론적으로 말해서, 원형 바아(16)의 전체 표면은 두 개의 렌즈/카메라 유닛만을 사용해서 커버될 수 있다. 그러나, 전술했듯이, 불균일 픽셀 사이즈 문제가 발생한다.
도 8에 도시하듯이, 다수의 픽셀을 갖는 균일하게 이격된 촬영 센서(32)로부터 유래되는, 균일하게 이격된 시선(34)은 바아(16)의 표면에 픽셀-대-픽셀로 불균일한 원호 길이(36)를 초래할 수 있다. 균일한 간격은 CCD 칩과 같은 촬영 센서에서의 매우 통상적인 배치이다. 원호 길이(36)는 하기 방정식(1)을 사용하여 연산될 수 있다:
방정식(1): S = p/cos(θ)
여기에서 S는 위치 y에서의 픽셀에 매핑되는 원호 길이(36)이고, p는 픽셀 어레이 또는 픽셀 크기의 피치이며, θ는 하기 방정식(2)로부터 유도될 수 있는 투사각도이며,
방정식(2): θ= arcsin(y/r)
여기에서 y≤r이고 r은 금속 바아(16)의 반경이다.
도 8로부터는 y가 r에 가까워질수록(y→r), θ가 90°에 가까워짐을(θ→90°) 알 수 있다. θ가 90°에 가까워질수록(θ→90°), 원호 길이S(36)는 방정식 (1)에 기초하여 무한대에 접근할 수 있다. 실제로, S는 여전히 무한 수일 것이다. 그러나, S는 픽셀 크기p보다 실질적으로(몇 배) 클 것이다. 즉, 이 영역에서의 화상 해상도는 이 접근이 실행불가능하도록 열화될 것이다. 동일한 원호 길이 분석이, y가 -r에 가까워지는(y→-r) 도 8에서의 하측 절반부에 적용될 수 있음을 알아야 한다.
세 대의 카메라에 의하면, θ는 60°로 형성될 수 있다. θ= 60°일 때, 원호 길이(36)(도 8에서 12시 및 6시 위치)는 단지 2p이며, 화상 해상도는 허용가능하고 제어가능한 만큼 열화된다. 보다 양호한 화상 해상도가 요구되면, 네 대 또는 다섯 대의 카메라 또는 그 이상의 카메라가 사용될 수 있다(즉, 상기 파라미터 n은 4, 5 또는 그 이상의 정수일 수 있다). 도 1에 도시된 렌즈(14)/카메라(12) 조합은, 각 렌즈(14)로부터 최근접 금속 표면까지의 거리인 작용 거리가 모든 렌즈/카메라 조합에 대해 동일하거나 거의 동일하도록, 모든 그러한 렌즈/카메라 조합이 예시적인 금속 바아(16)의 원형 형상에 동심을 이루는 원형 경로(22)를 따라서 위치하도록 배열되는 것이 바람직하다. 금속 바아가 말하자면 육각형과 같이 비원형인 경우에도 경로(22)는 일반적으로 동일한 제조 라인으로 작용하도록 여전히 원형으로 남아있을 수 있음을 알아야 한다. 당업자라면 경로(22)가 실제 바아 형상에 합치되도록 만들어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
금속 바아(16)의 잠재적으로 매우 높은 이동 속도를 수용하기 위해, 높은 데이터 전송속도의 카메라(12)가 사용되는 것이 바람직하다. 시스템에서의 카메라(12)는 따라서, 연산 유닛(10)으로의 디지털 출력을 위한 디지털 카메라인 것이 바 람직하다. 이 디지털 출력 포맷은 신호 충실도를 위한 가혹한 환경을 수용하기에 바람직하다. 이 디지털 포맷 화상 신호는 IEEE-1394(FireWire로도 알려져 있음), 카메라 링크 또는 USB 포트, 또는 프레임 그래버(frame grabber)로 공지되어 있는 특수 인터페이스와 같은 표준 통신 채널을 통해서 연산 유닛(10)에 의해 수용될 수 있다. 각각의 카메라(12)는 0.025mm×0.5mm인 결함 특징이 확인될 수 있도록 초당 10,000,000(또는 10 메가) 픽셀을 발생할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 보다 큰 특징을 검출하기 위해서는, 감소된 해상도, 및 감소된 데이터 전송속도(초당 픽셀)가 요구됨을 알아야 한다. 바아(16)가 빨리 이동하지 않을 때는 프로그레시브(non-interlaced) 면 스캔 카메라가 사용될 수 있더라도 라인 스캔 카메라가 바람직하다. 라인 스캔 카메라는 조명 면적 대신에 조명 라인만을 요한다는 점에서 면 스캔 카메라에 비해 장점을 갖는다. 이는 비평탄면에 의해 야기되는 조명 복잡성을 단순화할 것이다. 라인 스캔을 사용하는 경우에, 도 1에서의 모든 카메라는 그 촬영 라인이 바아(16) 상에 원주 링, 화상 벨트(18)를 형성하도록 정렬될 것이다. 이러한 정렬은 비틀림 및/또는 회전 문제(도면부호 21)를 해결하기 위해 필요하다. 이 정렬이 유지되지 않으면, 비틀림 또는 회전 운동은 바아 표면의 불완전한 커버를 초래할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 각각의 카메라는 바아 표면으로부터 반사된 빛을 수집하기 위한 렌즈(14)를 가질 것이다. 표준 렌즈가 사용될 수도 있지만 보다 균일한 원호 길이 분포를 위해서는 텔레센트릭 렌즈(도 7에 도시하듯이 평행한 화상 광선을 수집하는 렌즈)가 바람직하다. 또한, 카메라(12)는 노출을 제어하기 위한 렌 즈 홍채를 구비하도록 구성될 수 있으며, 추가로 (구비될 경우) 소정의 렌즈 홍채와 함께 적용상의 초점/시야 깊이를 개선하도록 구성될 수 있다.
도 1을 계속해서 참조하면, 본 발명에 따른 촬영 시스템은 또한 금속 바아(16)의 표면에 광선 벨트를 투사하도록 구성된 라인 라이트 조립체를 구비한다. 라인 라이트 조립체는 다수의 라인 라이트(6)를 갖는 것이 바람직하다. 이들 라인 라이트(6)는 레이저와 같은 개별 광원이거나, 도 1에 도시된 바와 같은 광섬유 광과 같은 광 송출 장치일 수 있다. 광 송출 장치는 도 1에 도시하듯이 적어도 하나의 광원과 함께 작동되어야 한다. 조명을 위해 보다 높은 광 밀도가 요구되는 경우 하나 이상의 광원이 사용될 수 있다. 매우 높은 속도로 이동하는 금속 바아(16)에 대해서, 카메라는 비교적 짧은 노출 시간에 맞먹는 매우 높은 라인/프레임 속도로 인해 빛이 부족할 수 있다. 따라서 빛을 집중하고 광도를 증가시키기 위해 각각의 라인 라이트에는 광학 부스터(8)가 사용될 수 있다. 이 부스터(8)는 원통형 렌즈이거나 반원통형 렌즈일 수 있다. 고온 상태에 있는 금속 바아(16)에 대해 본 발명에 따른 촬영 시스템을 사용하기 위해, 라인 라이트 및 부스터는 그러한 고온을 견디도록 구성된 특수 재료로 제조되어야 한다. 각각의 라인 라이트(6)는 예를 들면 이 목적을 달성하기 위해 그 고유 유리창을 갖도록 구성될 수 있다. 광섬유 라인 라이트의 경우에, 섬유들을 묶는 재료는 고온 에폭시와 같이 고온을 견딜 수 있어야 한다. 부스터(8) 역시 고온을 견딜 수 있는 재료로 제조되어야 한다. 사용가능한 재료에는 유리, 파이렉스(Pyrex), 수정, 사파이어, 등이 포함된다.
도 9는 도 1에 도시된 바람직한 실시예의 평면도이다. 광 부족을 해결하기 위해, 라인 라이트와 카메라 사이의 정렬이 중요하다. 도 9에 도시하듯이, 감소 공정 이후, 예를 들면 박피 공정 이전에, 금속 바아(16)의 표면은 반사면으로서 처리될 수 있다. 따라서, 방정식(3)에 나타난 광학 법칙이 적용된다:
방정식(3): "입사각 = 반사각"
방정식(3)은 다수의 카메라(12)에 의해 캡처되는 반사광을 최대화하기 위해 바람직한 실시예에서 사용되는 것이 바람직하다. 라인 라이트(6)는 각각 광선(40)을 방출할 것이며, 이 광선은 부스터(8)에 의해 증폭되어 금속 바아(16)의 표면에 투사된다. 광선(40)은 경로(42)로 반사되고, 렌즈(14)에 의해 수용되고 결국 카메라(12)에 의해 수용된다. 도 9에서, 금속 바아(16)는 방향 20으로 이동하는 것에 유의해야 한다. 투사된 광선 및 반사된 광선(40, 42)은 각도(44)를 형성하며, 이는 금속 바아(16)의 표면에 대한 법선에 의해 동등하게 분할된다. 이 각도(44)는 도 4에 도시하듯이 비평탄면과 연관되는 전술한 조명 문제로 인해 가능한 한 작아야 한다. 도 4에서, 광 라인(18')과 화상 라인(18)은 비평탄면 상에서 중첩되지 않을 것이다. 이상적인 경우는 도 9에서의 각도(44)가 0°가 되는 것이다. 이는 빔 스플리터를 사용함으로써만 가능하므로, 예를 들어 빔 스플리터의 사용에 의해 부과되는 고유 파워 손실로 인해 시스템이 빛이 부족할 때 그렇게 하는 것은 실용적이지 못하다. 전송 손실이 0%라고 가정할 때 빔 스플리터가 달성할 수 있는 최고 효율은 25%이다. 따라서, 각도(44)는 1°또는 그 근처와 같이 합리적으로 작도록 선택되는 것이 바람직하다. 필요할 경우, 작은 각도(44)를 위해 카메라 및 조명을 패킹하는 것을 보조하기 위해 반사경(38)이 사용될 수 있다. 이것이 이 적용 에 있어서 라인 스캔 카메라를 사용하는 다른 이유이다. 라인 스캔 카메라는 5 내지 30미크론과 같은 작은 폭을 갖는 화상 경로(42)를 필요로 할 뿐이다. 각도(44)는 이러한 작은 화상 경로 특징에 의해 매우 작게 유지될 수 있다.
도 10은 도 9의 조명 셋업의 일부를 보다 상세하게 도시한다. 전술했듯이, 각도(44)는 빔 스플리터가 사용되지 않는 한 0°가 되지 않을 것이다. 따라서, 각각의 라인 라이트(6)는 상당한 폭(W)을 가져야 한다(도 10에서의 41). 도 10에서, 금속 바아(16)는 중심선(46)을 갖는 것을 알 수 있다. 선(48)은 바아 표면상의 60°마크를 나타내며, 이는 도 10에 도시하듯이 바아의 왼쪽에 있는 접선 경계로부터 시작해서 오른쪽으로 증가된다. 하나의 카메라는 이 60°마크 선(48)에 대해 상측 절반부의 금속 바아(16)를 촬영할 수 있어야 한다. 3-카메라 실시예에서, 상기 연산이 적용된다. 보다 많은 카메라가 사용되면, 라인(48)은 4-카메라 시스템에서 45°를 나타낼 수 있고, 5-카메라 시스템에서는 36°를 나타낼 수 있다. 대칭적으로 설계되면, 카메라는 또한 금속 바아(16)의 하측 절반부를 60°에 걸쳐서 촬영할 수 있다. 이 커버 범위를 달성하기 위해, 광선 폭(W)은 하기 방정식에 기초하여 역치보다 커야 하며,
방정식(4): W ≥2·r·(1- cos60°)·sinα
여기에서, r은 바아 반경이고, α는 입사각(각도 44의 절반)이다. 본 발명의 촬영 시스템에서 셋이 아닌 다른 갯수의 카메라가 사용되면 상기 60°는 다른 각도로 대체될 수 있다. 이 개념은 도 11에 추가로 도시되며, 여기에서 화상 라인(42)은 명백히 상이하게 구부러지지만, 여전히 광선(40)에 의해 커버된다. 즉, 화 상 포착 조립체(예를 들면, 바람직한 실시예에서의 다수의 카메라)는 바아(16)의 표면의 전체 둘레에 걸쳐서 제1 소정 폭을 갖는 화상 벨트(18)를 캡처한다. 라인 라이트 조립체(예를 들면, 바람직한 실시예에서의 다수의 카메라)는 제2 소정 폭을 갖는 바아(16)의 표면에 광선 벨트를 투사한다. 이 라인 라이트 조립체는 화상 벨트가 광선 벨트 내에 포함되도록 화상 포착 조립체에 대해 배치 및 정렬된다. 전술한 내용을 통해서, 비평탄면의 문제가 극복된다.
또한, 이들 라인 라이트는, 바아 표면 상의 한 지점으로부터 이 지점을 커버하는 카메라로 반사되는 빛의 세기가 화상 벨트(18)(도 1) 상의 모든 지점에서 균일하도록 배치되어야 한다. 보다 상세한 설명은 도 12에 나타나 있다. 모든 조명은 방정식(3)에서 기술된 법칙을 따라야 한다. 도 12는 하나의 카메라에 대한 이러한 배치를 도시한다. 이러한 배치는 본 발명의 촬영 시스템에 사용되는 다른 카메라에 대해서도 반복될 수 있음을 알아야 한다. 방정식(3)에 기초하여, 입사 광선(40) 및 반사 광선(42)에 의해 형성되는 각도는 표면 법선(50)에 의해 균등하게 분할되어야 한다. 도 12에 도시하듯이, 조명기는 곡선(52) 면을 갖는 것이 바람직하다. 조명기는 (방출 지점에서 상기 곡면에 수직한) 그 방출된 광선이 방정식(3)에 기초하여 바아(16)의 표면에 의해 카메라(12) 및 렌즈(14)내의 촬영 센서로 반사되는 장치이다. 이 곡선(52)은 원형 곡선일 필요는 없음을 알아야 한다. 이 곡선(52)은 곡선(52)과 바아(16)(즉, 타겟) 표면 사이의 거리에 종속된다. 바아가 원형이 아닐 경우 곡선(52)은 매끄러운 곡선이 아닐 수 있다. 곡선(52)을 갖는 조명기가 현대의 기술에 의해 제조될 수 있더라도, 그러한 조명기는 지정된 직경에서만 바아(16)와 함께 사용될 수 있다. 일부 적용에서는 실용적이지 못하다. 하나의 대안은 그러한 조명 효과를 도 12에 도시된 바와 같은 라인 라이트 및 광학 부스터(6, 8)의 어레이로 시뮬레이트하는 것이다. 광선/부스터의 각 조합은 상이한 직경을 갖는 타겟을 수용하도록 그 방향이 도면부호 54로 도시되듯이 다시 포인팅될 수 있도록 조정될 수 있다. 광선 접근은 또한 바아(16)가 비원형인 경우에 유익하다.
다시 도 1을 참조하면, 다수의 카메라(12)에 연산 유닛(10)이 결합된다. 연산 유닛(10)은, 바아(16)가 종축을 따라서 방향 20(도 1에 가장 잘 도시된 방향 20)으로 이동함에 따라 카메라(12)에 의해 연속적으로 얻어지는 다수의 화상 벨트(18)에서의 화상 데이터를 수신하도록 구성된다. 화상 신호를 수신하기 위해 프레임 그래버가 사용될 수 있다. 그러나, 시스템내의 카메라(12)는 전술한 바와 같이 바람직하게는 디지털 카메라이다. 연산 유닛은 화상 데이터를 처리하기 위해 충분한 연산 파워를 갖도록 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있다. 보다 빠른 연산 속도를 위해서 화상 처리 하드웨어가 소프트웨어와 함께 사용될 수도 있다. 복수의 컴퓨터가 사용되면, 이들 컴퓨터는 TCP/IP 등과 같은 컴퓨터간 연결을 통해서 링크될 수 있다.
어느 경우에나, 연산 유닛(10)은 바아(16)의 표면의 소정 특징을 검출하기 위해 화상 데이터를 처리하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 특징은 표면 결함이다. 따라서, 화상 데이터는 도 13a 내지 도 13b에 예시적으로 도시되어 있는 결함과 같은, 결함에 대해 처리될 것이다. 화상은 통상적으로 실제 결함(예를 들면, 도면부호 302)과, 스크래치 마크(예를 들면, 도면부호 304)와 같은 노이즈를 포함한다. C, C++, 기계어 등과 같은 컴퓨터 코드로 수행되거나 하드웨어 로직으로 수행되는 화상 처리 알고리즘은, 노이즈를 걸러내고 306에 도시하는 것과 같은 진짜 결함을 검출하는데 사용된다. 확인해야 할 결함은 도 14a 내지 도 14c에 도시하듯이 길 수 있고 큰 종횡비를 가질 수 있으며, 여기에서 도면부호 308은 1000mm 길이일 수 있고 310은 0.050mm의 폭을 나타낼 수 있다. 아니면, 결함은 도 15a 내지 도 15c에 도시하듯이 짧고 거의 1:1의 종횡비를 가질 수 있다. 이들 알고리즘은 당업계에 공지되어 있지만, 일반적으로 기술될 것이다. 제1 처리 단계는 예를 들어 제1 소정 역치를 로컬 콘트라스트에 비교하는 것과 같은, 화상에서의 국소 콘트라스트 비교를 포함할 수 있다. 제2 처리 단계는 크기, 위치, 길이, 폭 등과 같은 결함의 특성을 검출하기 위해 제2 소정 역치를 적용하는 것을 포함할 수 있다.
도 1과 관련하여 기술되고 도시된 바람직한 실시예는 또한 열간 압연 공장 또는 냉간 압연 공장과 같은 통상적인 금속 가공 플랜트에서 먼지, 물, 진동, 및 기타 손상 요인을 가질 것이다.
당업자라면 바아의 추가 억제 가능성 및 검사를 위한 감소 공정 라인에서 셋 이상의 신호-카메라 시스템을 분리 사용할 가능성을 알 것이다.
당업자라면 또한 감소 공정 라인에서 통계적 공정 관리 목적을 위해서는 전체 둘레보다 작은 바아 표면의 일부의 커버(예를 들면, 검사)가 유용할 수 있음을 알 것이다.
당업자라면 또한 면 스캔 화상의 각각의 특정 부분만이 처리를 위해 사용될 경우 선 스캔 카메라 대신에 초고속(고속 데이터 전송속도 및 고속 프레임 속도) 면 스캔 카메라가 사용될 수 있음을 알 것이다.
금속 바아가 고온 상태에 있을 경우, 반사된 광선(42)(도 12)의 특정 파장만이 금속 바아의 표면 정보를 운반하기 위해 사용되도록 광학 필터가 렌즈와 함께 사용될 수 있음을 또한 알 수 있을 것이다. 그러한 파장은 상기 고온에서 금속 바아에 의해 방출되거나 주로 방출되는 것이 아니다. 1,650℃ 미만의 금속 바아에서는, 파장 436nm가 사용될 수 있다. 이 경우에, 렌즈와 함께 436nm의 간섭 필터가 사용될 것이다. 이 파장은 온도에 따라 달라질 수 있다. 온도가 감소하면, 보다 긴 파장이 사용될 수 있다.
또 다른 변형예에서, 광선 조립체는 스트로브(strobe) 광을 구비하도록 구성될 수 있으며, 여기에서 연산 유닛(10)은 조명(즉, 스트로빙)을 화상 포착 조립체(예를 들면, 바람직한 실시예에서의 카메라(12))에 의해 수행되는 화상 캡처 기능과 동기화시킨다.
또 다른 변형예에서, 연산 유닛(10)은 (i) 금속 바아의 단면적을 기계적으로 감소시키는 공정을 통해서 제조되는 바아(16)상의 선단과 같은 "출발" 위치에 대한 각각의 검출된 결함의 각 위치, (ⅱ) 크기, 형상, 콘트라스트와 같은 검출된 결함의 특성의 각각의 표기를 포함하고, (ⅲ) 검출된 결함의 개소의 이 결함을 둘러싸는 실제 화상을 선택적으로 포함하는, 검출된 결함의 계속적인(running) 기록을 유지하도록 구성된다. 이 기록은 공급업자/제작업자에게 있어서 예를 들면 선불 디스카운트를 결정하는데 유용할 수 있고, 고객에게는 예를 들면 추적을 회피하거나 실시하기 위해 코일의 어느 부분이 작동되는지와 같은 추가 처리에 사용하기 위해 (예를 들면, 디스켓이나 기타 전자 수단에) 제공될 수 있다.

Claims (36)

  1. 제조 공정에서 종축을 따라서 연장 및 이동하는 세장형 바아를 촬영하기 위한 시스템에 있어서,
    화상 벨트를 형성하고 상기 화상 벨트에 대응하는 화상 데이터를 생성하기 위해 상기 바아가 이동하는 동안 상기 바아의 표면 둘레에 걸쳐 제 1 소정 폭을 촬영하도록 구성된 시야를 갖는 화상포착조립체로서, 그의 조합된 시야가 상기 화상 벨트와 일치하도록 배치되는 n개(n은 3 이상의 정수)의 디지털 카메라를 구비하고, 상기 카메라는 각각 화상 라인을 갖는 라인 스캔 카메라를 포함하고, 상기 카메라가 상기 화상 라인이 상기 바아 상에 원주 링을 형성하여 상기 화상 벨트를 규정하도록 배치되는 화상 포착 조립체와,
    상기 바아의 표면에 제 2 소정 폭을 갖는 광선 벨트를 투사하도록 구성되고, 상기 화상 벨트가 상기 광선 벨트 내에 존재하도록 상기 화상 포착 조립체에 대해 배치되어 정렬되는 광선 조립체로서, 상기 화상 벨트를 따라서 광도가 균일하도록 구성되고, 광빔이 충돌하는 상기 바아의 표면으로부터의 법선에 대하여 제1 소정 각도로 상기 광빔을 각각 출사하는 복수의 라인 광원을 포함하며, 상기 카메라의 각각의 주축이 상기 법선에 대하여 제 2 소정 각도로 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 소정 각도가 동일한 광선 조립체와
    상기 화상 포착 조립체에 결합되며, 상기 바아가 상기 종축을 따라서 이동할 때 상기 화상 포착 조립체에 의해 포착되는 다수의 화상 벨트에 대한 화상 데이터를 수신하도록 구성되고, 상기 바아의 소정의 표면 특징을 검출하기 위해 상기 화상 데이터를 처리하도록 구성되는 연산 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
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  5. 제1항에 있어서,
    상기 화상 포착 조립체와 상기 연산 유닛 사이의 상기 결합은 디지털 포맷 프레임 그래버(grabber), IEEE-1394 채널, USB 포트, 및 카메라 링크 포트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화상 포착 조립체는 상기 카메라와 상기 바아 사이에 광학 필터를 추가로 구비하며, 이 광학 필터는 상기 바아가 특징 전자기 방사(EMR) 스펙트럼을 자기-방출하는 소정 온도 이상에 있을 때 상기 바아의 상기 특징들이 흐릿해지지 않도록 소정 파장이 상기 카메라에 선택적으로 도달할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광선 조립체는 다수의 라인 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광선 조립체는 하나 이상의 광원로부터 발생된 빛을 송출하도록 배열된 광섬유를 포함하는 조명기를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 라인 광원은 레이저 및 그것과 연관된 라인 발생 광학장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 광선 조립체는 라인 광원과 함께 사용하기 위한, 조명 광도를 증가시키도록 구성된 다수의 광학 부스터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출되는 특징에는 표면 결함이 포함되는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 상기 바아의 출발 위치에 대한 각각의 검출된 결함의 각 위치를 포함하는 상기 검출된 결함들의 기록을 유지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기록은 각각의 검출된 결함의 크기, 형상, 및 콘트라스트 레벨 중 적어도 하나를 구비하는 각각의 검출된 결함의 성질에 대한 각각의 기호를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 바아는 바아의 단면적을 기계적으로 감소시키는 공정을 통해서 제조된 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 다수의 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 (i) ASIC 및 FPGA와 같은 연산 프로세스 또는 지령을 내장하는 제1 하드웨어 유닛, (ⅱ) CPU 및 DSP와 같은 소프트웨어 코드를 수행하는 제2 하드웨어 유닛, 및 (ⅲ) 상기 제1 및 제2 하드웨어 유닛의 조합중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 상기 표면 결함을 표면 노이즈와 식별하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 금속 바아는 그것과 연관된 단면적을 가지며, 상기 금속 바아는 원형, 타원형, 다각형을 포함하는 그룹에서 선택된 형상에 대한 단면적이 1일 때, 상기 단면적에 대한 상기 금속 바아의 둘레의 면적 비율이 4.25 이하인 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 금속 바아는 1,650℃까지의 상승된 온도에 놓이는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 금속 바아는 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 니켈, 구리, 청동, 또는 임의의 기타 금속, 및 그 합금을 포함하는 그룹에서 선택된 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 금속 바아는 중공형인 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
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  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제1항에 있어서,
    상기 화상 데이터는 통계적 공정 관리(SPC) 목적에 이용되는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  26. 제6항에 있어서,
    상기 파장은 상기 바아의 온도가 1,650℃ 이하일 때 436nm의 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  27. 제8항에 있어서,
    고온 에폭시 및 유리 섬유와 같은 고온을 견딜 수 있는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  28. 제10항에 있어서,
    상기 광학 부스터는 파이렉스 및 사파이어를 포함하는 그룹에서 선택된 유리 재료로 제조되는 원통형 또는 반원통형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  29. 삭제
  30. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 소정 각도는 1도인 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  31. 종축을 따라서 연장되는 세장형 바아를 촬영하기 위한 시스템에 있어서,
    화상 벨트를 형성하기 위해 상기 바아의 표면의 둘레에 걸쳐 상기 종축에 대해 취한 제1 소정 폭을 촬영하도록 구성된 조합된 시야를 갖는 n개(n은 3이상의 정수)의 디지털 카메라를 구비하고, 상기 화상 벨트에 대응하는 화상 데이터를 생성하도록 구성되고, 상기 카메라는 각각 화상 라인을 갖는 라인 스캔 카메라를 포함하고, 상기 카메라가 상기 화상 라인이 상기 바아 상에 원주 링을 형성하여 상기 화상 벨트를 규정하도록 배치되는 화상 포착 조립체와,
    상기 바아의 표면에 상기 종축에 대해 취한 제2 소정 폭을 갖는 광선 벨트를 투사하도록 구성되고, 상기 화상 벨트가 상기 광선 벨트 내에 존재하도록 상기 화상 포착 조립체에 대해 배치되는 광선 조립체로서, 상기 화상 벨트를 따라서 광도가 균일하도록 구성되고, 광빔이 충돌하는 상기 바아의 표면으로부터의 법선에 대하여 제 1 소정 각도로 상기 광빔을 각각 출사하는 복수의 라인 광원을 포함하며, 상기 카메라의 각각의 주축이 상기 법선에 대하여 제 2 소정 각도로 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 소정 각도가 동일하고, 상기 제 1 및 제 2 소정 각도가 1도인 광선 조립체와
    상기 화상 포착 조립체에 결합되며, 상기 바아가 상기 종축을 따라서 이동할 때 상기 화상 포착 조립체에 의해 포착되는 다수의 화상 벨트에 대한 화상 데이터를 수신하도록 구성되고, 상기 바아의 소정 표면 특징을 검출하기 위해 상기 화상 데이터를 처리하도록 구성되는 연산 유닛으로서, (i) 상기 바아의 출발 위치에 대한 각각의 검출된 결함의 각 위치 및 (ⅱ) 각각의 검출된 결함의 크기, 형상, 또는 콘트라스트 레벨과 같은 성질에 대한 각각의 기호를 포함하는 상기 검출된 결함의 기록을 유지하도록 구성되는 연산 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  32. 종축을 따라서 이동 및 연장하는 금속 바아를 촬영하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    (A) 종축 방향을 따라서 이동하는 상기 금속 바아의 표면 둘레에 걸쳐 제1 소정 폭을 갖는 광선 벨트 - 상기 광선 벨트의 광 강도는 균일함 - 를 투사하는 단계와,
    (B) 상기 금속 바아가 이동하는 동안 광선 벨트 내에 위치한 제2 소정 폭을 갖는 화상 벨트를 캡처하는 단계와,
    (C) 상기 금속 바아의 표면 면적의 화상을 얻기 위해 단계 (A)와 (B)를 반복하는 단계와,
    (D) 예정된 기준에 따라 특징에 대한 화상을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 투사 단계는 하위단계로서,
    광선 벨트의 충돌 지점에서 금속 바아의 표면으로부터 법선을 규정하는 단계와,
    상기 법선에 대한 각도를 정하는 단계, 및
    상기 법선에 대해 정해진 각도로 광선을 투사하여 광선 벨트를 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 캡처 단계는 하위단계로서,
    화상 포착의 주축이 소정 각도를 이루도록 화상 포착 조립체를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 방법.
  35. 제1항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 상기 바아의 다중 화상 벨트에 걸쳐있는 소정의 표면 특징을 검출하기 위해 상기 화상 데이터를 형성하는 다수의 화상 벨트를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 표면 특징은 표면 결함을 구비하며,
    상기 연산 유닛은 추가로, (i) 상기 바아의 출발 위치에 대한 각각의 검출된 결함의 각 위치, (ⅱ) 크기, 형상, 및 콘트라스트 레벨을 포함하는 그룹에서 선택되는 검출된 결함의 성질에 대한 각각의 기호, 및 (ⅲ) 상기 바아 상의 검출된 결함을 둘러싸는 개소의 실제 화상을 포함하는, 상기 검출된 결함의 기록을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
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