KR100301976B1 - 비접촉표면결함검출방법및장치 - Google Patents

Abstract

핵 연료 펠릿과 같은 제품에 대한 비접촉 표면 결함 검출 시스템은 펠릿을 회전시키면서 조명된 경로를 따라 연속적으로 이송시킨다. 라인 스캔 카메라는 펠릿의 일련의 라인 스캔을 기록하고, 펠릿 반사율의 최종값은 디지탈화된다. 평균화하거나 비디오 유한 임펄스 응답 필터에 의해 적응적으로 정의된 임계값과 화소값을 비교하여 “양호” 및 “불량” 화소의 2진수 맵을 발생시키고, 이것은 또한 맵에서 펠릿의 에지를 정의한다. 프로세서는 불량 화소를 계수하고 연관시켜 불량 화소의 블랍을 논리적으로 정의하여 판정한다. 프로세서는 에지 화소와 그 에지에 가장 잘 맞는 공칭 에지 라인의 일치를 체크하여 에지 결함을 발견한다. 이 방식으로 판정된 펠릿은 선택되거나 배제된다. 카메라 센서 소자는 이득 및 오프세트를 정규화한다. 화소 데이터의 시프트는 주사 이동 펠릿에 발생된 스큐를 상쇄한다. 콘벌루션 필터는 외딴 불량 화소를 상쇄하여 에지의 콘트라스트를 높인다. 인접한 영역의 처리에 대하여, 펠릿의 화소 영상은 타일링될 수 있고, 타일 경계를 지나는 결함을 하나의 블랍으로서 판정할 수 있다. 장치는 측벽 및 에지결함을 처리하는 병렬 파이프 라인으로 배열되는 것이 바람직하고, 일련의 모듈러 VME 보드에서 실현될 수 있다.

Description

비접촉 표면 결함 검출 방법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 비접촉 표면 결함 검출 방법 및 장치의 하드웨어 및 소프트웨어 기능 블럭을 개략적으로 도시한 블럭도.

제2도는 검사될 펠릿을 향해 동작가능하게 배향된 조명 및 카메라 수단을 개략적으로 도시한 도면.

제3(a)도 내지 제3(c)도는 데이터 취급 파이프라인을 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 모듈러 VME 데이터 취급 시스템의 신호 처리부의 일부를 개략적으로 도시한 도면.

제4도는 펠릿의 선형 움직임으로 인한 영상 버퍼내의 라인 스캔 데이터의 스큐를 개략적으로 도시한 도면.

제5도는 여러개의 화소 지연을 도입함으로써 제4도에 도시한 스큐의 보정을 설명하는 개략도.

제6도는 사이드바디 결함 검출 및 에지 결함 검출에 대하여, 본 발명에 따른 분리 데이터 처리 파이프라인을 도시한 기능 블럭도.

제7도는 이중 임계값에 대한 화소 그레이 스케일 데이터의 적용을 도시한 그래프.

제8도는 분리된 싱글 화소에 의해 나타내어진 명백한 결함을 제거하기 위해 화소 데이터에 적용된 콘벌류션 마스크를 도시한 테이블.

제9도는 인접한 타일간의 경계를 지나 연장하는 블랍 결함을 식별하는 화소 어레이의 타일링을 도시한 도면.

제10도는 피검사 펠릿의 에지를 정의하는 콘트라스트를 강조하기 위해 화소 데이터에 적용된 콘벌루션 마스크를 도시한 테이블.

제11(a)도 및 제11(b)도는 잠재적 펠릿 결함을 평가하기 위해 사용된 결정 트리를 나타내는 기능 블럭도중의 관련부분을 도시한 도면.

본 발명은 광학적으로 검출 가능한 결함에 대한 제품의 자동 분석 분야에 관한 것으로, 특히 원통형 핵연료 펠릿의 측벽 및 에지 결함을 광학적으로 검출하고 판단하는 것에 관한 것이다.

핵연료봉의 제조에 있어서, 핵연료 펠릿은 농축 또는 자연 우라늄 산화물의 매트릭스로 부터 형성되고, 연료봉으로 사용될 통상 지르코늄 합금으로 이루어진 가늘고 긴 속이 빈 튜브에 삽입되어 사용된다. 이 펠릿은 짧은 실린더이며 튜브내에 적층된다. 튜브는 그 단부가 엔드 플러그(end plugs)로 봉인되어 압착된다. 다수의 연료봉을 어레이로 배열하여 원자로의 핵분열 코어를 형성한다.

열창(裂瘡, fissures) 또는 크랙과 같은 펠릿의 결함으로 인해 원자로의 동작중에 작은 조각이 펠릿에서 떨어져 나올 수 있다. 이러한 작은 조각은 원자로의 동작에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 연료 펠릿에서 떨어져 나온 조각은 로드(rod)의 내벽에 인접한 연료봉내에 박힐 수 있다. 박힌 조각의 핵분열 물질은 원자로 코어 원자핵 플럭스의 영향하에 그의 핵분열 반응을 계속한다. 그 조각에서 발생된 열은 연료봉 벽에 매우 뜨거운 국부영역을 발생시킬 수 있다. 이것은, 그 조각의 끝부분에 있는 봉을 약화시키고, 봉 벽의 과열 및 봉으로부터의 고압 가스 누출을 야기한다. 이러한 현상이 발생하면, 원자로의 조업을 중지시켜야만 한다.

펠릿의 표면에서 볼 수 있는 다른 펠릿 결함도 나쁜 영향을 미친다. 예를 들면, 펠릿 표면에 금속이 함유되어 있으면, 우라늄의 정상적인 핵분열 반응이 나쁜 영향을 받게 된다. 펠릿은 원자로의 최적 동작을 위해 예를 들면, 조각이나 크랙과 같은 결함이 없어야 한다. 통상적으로 펠릿은 육안으로 검사된다. 특수 복장을 한 검사자가 길이 방향으로 쌓여 있는 펠릿의 조명된 트레이를 육안으로 검사하여 외관상 결함이 있는 것을 수동으로 제거한다, 펠릿의 한쪽을 본후, 트레이를 덮고 돌려서 반대쪽을 본다.

이러한 방식으로 펠릿을 수동으로 검사하면, 육안 검사 고유의 주관성 때문에 일관성이 없어지게 된다. 게다가, 수동 검사에서는 검사자가 펠릿이 발생하는 먼지를 잠재적으로 섭취함은 물론, 펠릿에 의해 발생된 낮은 레벨의 방사선에 장기간의 노출을 필요로 한다. 또한, 트레이는 무거우며, 그들을 물리적으로 조작하는 것은 매우 힘들고 상해의 위험이 존재한다.

펠릿 검사 시스템이라는 명칭으로 1991년 1월 14일에 출원된 미국 특허출원 제 07/640,770 호에는 자동 관찰 장치를 이용하는 검사를 위해 일렬로 펠릿을 제공하는 자동 운반 구조가 개시되어 있다. 상기 출원에 개시된 내용은 본 명세서에 포함되어 있다. 개시된 바에 의하면, 펠릿은 라인 주사 카메라의 앞을 통과할때, 펠릿을 회전시켜 축의 방향으로 공급하는 운반 수단을 따라 공급된다. 펠릿의 영상은 각 통과 펠릿의 둘레면을 커버하는 축방향으로 연장된 선형부를 나타내는 일련의 이산 디지탈 값 세트로서 디지탈화된다. 수치 그레이 스케일에 따라 화소 또는 작은 영역내의 펠릿의 반사율을 나타내는 디지탈 값을 모아서 그 값을 평균한다. 그 평균으로 부터 반사율의 상한 및 하한 임계값을 정의하고, 그렇게 정의된 임계값과 화소값을 비교한다. 임계값 밖의 화소수를 계수하여, 그 수가 소정의 값을 초과하면, 각 펠릿을 배제한다. 이 시스템은 펠릿이 공급될때 서로간에 축의 방향으로 분리되도록 구성되며, 그에 따라 펠릿의 축방향의 양단을 검출할 필요 없이 적당한 펠릿 치수를 검사하는데 이 시스템을 사용할 수도 있다.

원통형 펠릿등의 광학적 검사 시스템의 다른 예는 Schoening, Jr 등에 의한 미국 특허 4,496,056 및 4,549,662 와 Wills 등에 의한 4,448,680 호에 개시되어 있다.

본 발명은 펠릿을 회전시키면서 조명된 경로를 따라 연속해서 운반하는 핵연료 펠릿등의 제품을 위한 비접촉 표면 결함 검사 시스템에 관한 것이다. 라인 스캔 카메라는 펠릿에 대한 일련의 라인 스캔을 기록하고, 결과하는 펠릿 반사율 값은 디지탈화 된다. 화소값은 적응적으로 정의된 상한 임계값 및 하한 임계값, 예를 들면 평균값 근처의 사전결정된 범위내의 화소와 비교된다. 또한, 비디오 유한 임펄스 응답 필터 처리를 적용하여 영상에 나타나는 노이즈를 저감시킬 수도 있다. 임계값과 비교하여, "양호" 및 "불량" 화소의 2진(binary) 맵을 만드는데, "불량"은 두 임계값 밖에 있는 화소를 나타낸다. 또한, 2진수 맵은 맵내 펠릿의 에지를 정의한다. 프로세서는 불량 화소를 계수하고 관련시켜서, 임계값 밖의 화소의 군 또는 "블랍(blob)"을 논리적으로 정의하여 판단한다. 또한, 프로세서는 그 에지에 가장 잘 맞는 명목상 에지 라인과 에지 화소의 일치성을 검사하여, 에지 결함을 발견한다. 이 방법으로 판단된 펠릿을 선택 또는 배제한다.

라인 스캔 카메라의 각 센서 소자의 이득 및 오프세트를 테스트한후, 각 센서로부터 입력되는 데이터를 정규화하여 센서 소자들간의 변화량을 없앤다. 화소 데이터를 시프트하는 것에 의해 이동 펠릿의 스캐닝으로 인한 스큐를 제거함으로서, 영상을 정면 또는 평면으로서 처리할 수 있다. 화소 데이터 및/또는 2진수 맵에 콘벌루션 필터를 적용하는 것에 의해, 외딴 불량 화소를 제거하여 펠릿 에지에서의 콘트라스트를 향상시킨다.

인접한 영역의 처리를 위해, 펠릿의 화소 영상을 한번에 하나씩 처리되는 연속하는 부분 집합 영상으로 모으거나 또는 타일링(tile)할 수 있다. 타일 경계를 건너는 인접한 결함은 서로 연관되어 하나의 블랍으로서 판단된다. 이 장치는 측벽 및 에지 결함에 대해 병렬 파이프 라인으로 처리하도록 배치되는 것이 바람직하고, 일련의 모듈러 VME 보드로 구현될 수 있다.

본 발명에 따라 영상 수집 및 분석을 기술함에 있어서, 펠릿 결함을 통상 두개의 범주, 즉 사이드바디(sidebody) 표면 결함과 에지 결함으로 분류한다. 사이드바디 표면 결함은 예를 들면, 핵분열로 연결 또는 분기되는 원주 방향의 크랙(circumferential cracks), 세로 방향의 크랙(longitudinal cracks), 연결형 또는 브렌치형 열창, 섬네일 크랙(thumbnail cracks), 피팅 및 사이드바디 표시(pitting and sidebody indications), 엔드 캡핑(end capping), 원주 표면 상의 칩(circumferential surface chips), 언그라운드 표면(unground surfaces) 및 금속 개재물(metal inclusions)를 포함한다. 에지 결함은 엔드 칩(end chips) 및 채터(chatter)등일 수 있다. 이 명명법은 본 발명의 설명에 편리하게 사용된다. 그러나, 이 시스템이, 임의 형태의 광학적으로 검출 가능한 물체에 대해 검출하고 선택하는데 유용함을 알 수 있을 것이다.

광범위한 종류의 구체적인 테스트를 펠릿에 적용하여 품질을 판단할 수 있고, 펠릿의 선택 또는 배제에 있어서 다소의 엄격함이 있을 수 있다. 본 발명은 테스트의 범위를 허용하는 방식으로 기술하였지만, 임의의 예시적인 테스트 방식들만이 구체적인 예로서 기술된다. 예를 들면, 발견된 결함의 특성, 결함의 크기, 그의 배향, 발견된 결함의 수, 결함의 잠재적 관계, 결함이 상대적으로 밝은가 또는 어두운가 등은 모두 검사될 수 있는 대상의 잠재적 성능 파라미터이다.

또한, 본 발명은 대부분의 영상 처리 스텝이 모듈러 VME 보드 시스템의 기능으로서 배열되는 바람직한 실시예를 참조하여 기술된다. 하드웨어 및 소프트웨어의 다른 부분을 사용하여 마찬가지 처리 기능을 실현할 수 있다.

도면에는 현재 바람직한 본 발명의 실시예를 도시하고 있다.

그러나, 본 발명은 도시한 도면에 한정되지 않는다.

제1도는 본 발명에 따른 비접촉 표면 결함 검출 시스템의 일반적인 하드웨어 및 기능적 요소를 도시한 것이다. 전치 조명 광학 시스템(22)은 펠릿이 재료 취급계(26)에 의해 펠릿의 축을 중심으로 회전하고 축 방향으로 이동함에 따라 실질적으로 원통인 펠릿(24) 영상을 얻는다. 제2도에 개략적으로 도시한 바와 같은 광학 시스템(22)는 조명 광원(28) 및 펠릿(24)의 표면(42)의 반사율 변화를 검출하도록 탑재된 카메라(32)를 포함한다. 조명 광원(28) 및 카메라(32)는 표면이 매끄러울때 카메라로의 광 전달이 최대로 되고, 크랙, 홈(chip) 또는 유사한 불연속에 대해서도 양호한 콘트라스트를 제공하도록, 검사점에서, 펠릿의 접평면(44)에 관해 동일한 입사각으로 탑재되는 것이 바람직하다. 반사된 광 레벨은 물질의 조성 및 제2도에 도시한 바와 같이 광을 산란시키는 표면의 불연속성 때문에, 표면 반사율의 함수로서 가변한다. 따라서 카메라에서 수신한 밝거나 어두운 광 레벨로서 불연속을 검출할 수 있다.

이 배치는 성공적인 펠릿의 검사에 중요하다. 이 광학적 배치에 의해 마련된 영상은 정상 펠릿면과 상술한 모든 측면 결함간에 양호한 콘트라스트를 제공하고, 모든 특정한 에지 결함을 검출하는데 필요한 필수 그레이 레벨 콘트라스트를 제공한다.

전치 조명 광학 시스템(22)으로부터의 영상은 영상 획득 시스템(50)에 의해 디지탈화되고 영상 퍼버(52)에 저장되다. 근접 센서에 의해 또는 펠릿의 통과를 검출하는 포토셀 쌍을 사용하여 발생시킬 수 있는 “펠릿 클럭” 신호를 받을 경우, 영상 처리 콘트롤러(54)는 처리를 위해 가장 최근에 완료한 펠릿 영상의 전송을 초기화한다. 영상 데이터는 잠재적 사이드바디 결함을 검출하도록 구성된 표면 결함 데이터 파이프 라인(62)과 펠릿 에지 경계 결함을 검출하도록 구성된 에지 결함 검출 데이터 파이프라인(64)에서 처리된다.

펠릿 결함 분석을 위한 영상 획득을 위해 (주) 데이터 큐브(Data Cube, Inc)가 출시한 모듈러 VME 보드의 맥스비디오(Max Video) 라인과 같은 상업적으로 이용 가능한 고속 영상 획득 하드웨어를 사용할 수 있다. 카메라(32)는 2,048×1 라인의 센서 셀을 갖는 페어챠일드(Fairchild) CAM 1500R 또는 CAM 1830 라인 스캔 카메라와 같은 라인 스캔 카메라가 바람직하다. 광원(28)은 머크론(Mercron)에서 입수가능한 것과 같이, 고주파수(예를 들면, 60KHz) 드라이버에 의해 구동되는 형광 튜브(fluorescent tube) 등의 고주파 형광 광원일 수 있으며, 그에 따라 각각의 라인 스캔 사이클 중에 수 사이클의 조사가 가능하게 된다. 카메라(32)의 센서는 센서상에 포커스된 광 레벨의 함수로서 전하를 발생하고, 그 전하는 수치 해석 및 처리를 위해 각 센서 밖으로 직렬로 시프트되고, 아날로그 디지탈 컨버터(66)에 의해 디지탈화된다.

제3(a)도∼제3(c)도는 영상 데이터 처리 파이프라인(62), (64)을 정의하도록 결합된 맥스 비디오 모듈로 구현된 배치내의 바람직한 영상 처리 기능을 도시한 도면이다. 일반적으로, 파이프 라인을 따르는 보드는 반사율 변동에 특징이 있는 결함 영역의 펠릿 라인스캔 영상을 검사하는 논리적 수학적 기능으로 구현된다. 두개의 처리 파이프라인을 따라 처리가 완료될때, 잠재적 결함 영역 또는 “블랍”(70)이 식별되었고, 바람직하게는 측정되어 분류되었다. 데이터 흐름의 종단에 있는 프로세서는 영상 처리 스텝의 결과와 최대 허용 가능한 결함 기준을 나타내는 저장된 정보를 비교한다. 결함으로 여길 많은 수 또는 반사율 변화 타입의 특징을 갖는 펠릿(24)은 이후의 배제를 위해 마크(mark)된다.

라인스캔 카메라(32)는 맥스 스캔(MAX-SCAN) 모듈과 같은 영상 프로세서(74)를 통해 영상 처리 시스템과 인터페이스된다. 이것에 의해, 라인스캔 카메라 콘트롤러 박스가 필요없게 된다. 이러한 콘트롤러 박스는 본 발명에 따라 마련될때 산업용 검사 시스템용으로 구성되지 않는 것이 보통이다. 전형적인 라인스캔 콘트롤러 박스는 카메라가 할 수 있는 최대 데이터 속도보다 늦은 속도로 통상 동작한다는 문제점을 갖는다. 예를 들어, 전형적인 콘트롤 박스가, 타이밍 신호가 3MHz 화소 데이터 속도를 허용할 수 있는 반면, 카메라는 20MHz 까지의 속도가 가능하다.

맥스 스캔 모듈(74)에 카메라(32)를 직접 결합시킴에 따라, 시스템 프로세서(74) 또는 영상 획득 제어회로(54)는 예를 들면, 다른 펠릿 전송 속도 등을 수용할 필요가 있을때, 화소 데이터 속도를 가변하여 동작을 변경시킬 수 있게 된다. 카메라 콘트롤러 박스로, 화소 클럭 속도 및 라인 노출 시간등의 중요한 시스템 파라미터를 콘트롤러 박스 프론트 패널 등에 있는 노브를 경유하여 수동으로 설정하여야 한다. 이들 파라미터가 영상 처리 시스템에 의해 직접 제어되지 않기 때문에, 셋업이 적당하지 않을 수 있다.

이들 이유 때문에, 본 발명에 따른 시스템은 보드상에 주파수 신시사이저를 갖는 유사한 제어구조 또는 맥스-스캔 인터페이스를 거쳐 카메라(32)를 제어한다. 따라서, 시스템은 시스템 제어하에 카메라의 스캔 속도 및 노출 시간을 변경할 수 있게 되나, 또한, 시스템에, 예를 들면, 밝고 어두운 화소가 스케일에서 벗어나는 정도를 최소화하는 평균 화소 레벨을 유지하고 필요한 스캔 밀도를 보장하는 노출레벨 및 타이밍에서 카메라를 동작시키도록 피드백 제어루프를 구비할 수 있다. 카메라가, 예를 들어, 우수 및 기수 화소의 병렬 처리를 요하거나 허용할 경우, 인터페이스의 맥스-스캔 형식은 센서에서 들어오는 2개의 분리된 데이터 스트림을 샘플링하고 하나의 코히어런트 영상으로 인터리브할 수 있다.

카메라(32)로 부터 반향된 클럭 신호는 맥스-스캔 보드상의 아날로그 디지탈(A/D) 컨버터(66)를 클럭하기 위해 사용된다. 카메라의 클럭을 사용하여, 케이블 길이로 인한 임의의 지연을 보상한다(이는 클럭 신호가 데이터 신호와 동일한 길이를 주행하기 때문이다). 이것에 의해, A/D에 의해 사용된 화소 클럭은 데이터와 위상이 같아지고, 또한 고주파 동작이 가능하게 된다. 노이즈에 강하게 하기 위해서는 차폐된 트위스트 페어 케이블(shielded twisted pair cabling) 및 차동 드라이버 회로가 바람직하다.

맥스-스캔 모듈(74)은 카메라(32)의 CCD 소자에 의해 발생된 아날로그 신호 레벨을 디지탈 수치 데이터로 변환한다. 구체적으로, 맥스-스캔 인터페이스 모듈(74)은 시스템 버스와 호환성 있는 디지탈 데이터, 즉 맥스버스 호환 가능 디지탈신호를 발생한다.

인터페이스 모듈(맥스-스캔)(74)은 화소마다 이득 및 오프세트 보상을 마련한다. 화소별 레벨의 이득 및 오프세트 보상은 핵연료 펠릿 등의 표면 검사에 매우 유용하므로, 시스템 광학 시스템에 기인하는 또는 센서 소자중의 포토 응답 불균일성을 보상하는 것에 의해 시스템의 감도를 증가시킬 수 있다. 광학적 구성내의 광범성의 반사율 규격은 라인스캔 카메라(32)의 각각의 화소에 대해 캘리브레이션(cabration)(오프-라인)을 가능하게 한다. 이것에 의해, 광학 시스템 및 조명 광원(28)의 셋업과 화소 성능 및 고유한 특성이 카메라 센서의 모든 화소에 대해 정규화되어, 광 응답 불균일성이 보상된다. 보정이 실행되면, 디지탈화 하드웨어(맥스-스캔)에 로드된, 결과하는 이득/오프세트 데이터로 인해 후속하는 온라인 시스템 동작중 실시간으로 개별 화소 캘리브레이션이 이루어지게 된다.

센서 캘리브레이션 절차는 시스템이 전치 광학 센서 시스템의 고유한 불균일성을 보상할 수 있게 하므로, 조명, 광학 시스템 또는 센서 소자 변동으로 인한 임의의 라디오메트릭 섭동(radiometric pertubation)에 관계없이, 최종 결과는 매우 균일한 영상 필드로 된다.

펠릿(24)은 회전중 선형 동작으로 스캔되는 것이 바람직하다. 본 발명은 이동하는 펠릿의 라인 스캔중에 만나는 영상 스큐 문제에 대한 유일한 해답을 제공한다. 펠릿이 카메라(32)의 정면에 정지 상태로 유지되고 어떠한 전진 이동없이 회전할 경우에는, 영상 스큐가 발생하지 않는다. 그러나, 화소 영상의 엘리배이션 타입(elevation-type) X-Y 메모리 어레이로 데이터를 직접 맵핑할 경우에는, 스캔사이의 시간동안의 펠릿의 전진을 고려해야 한다.

제4도는 이동하는 펠릿(24)의 연속하는 영상이 영상 버퍼(52)내의 데이터에 어떻게 정상적으로 맵핑되는가를 도시한 것이다. 제4도에서, 예를 들면 오른쪽에 왼쪽으로 이동하는 펠릿이 라인 스캔 카메라(32)의 수평 시야에 들어갈 때, 주어진 펠릿의 반사율 데이터를 포함하는 첫번째 줄의 화소는 그 줄의 오른쪽 에지를 따라 제한된 수의 펠릿 화소(예를 들면, 한개 또는 두개)만을 포함한다. 다음 라인의 화소가 카메라로 부터 획득된 경우(예를 들면, 약 1msec 후), 펠릿(24)은 펠릿의 선형 전진의 속도에 의해 결정된 양만큼, 예를 들면 7.5밀(mils)만큼 왼쪽으로 이동한 것이다. 따라서, 다음 줄에서는 이전 줄에서보다 3개 이상의 화소가 펠릿의 데이터를 포함한다. 또한, 이어지는 줄에 대한 화소는 이전 줄과 오정렬된다. 펠릿의 선행 에지와 만나자마자, 펠릿이 카메라의 시야에 완전히 들어올 때까지 능동 화소수가 계속 증가하고, 이때 각 연속하는 줄은 동일한 수의 화소를 포함하지만, 각 줄은 이전 줄의 화소에 관해 펠릿상에서 왼쪽으로 3화소 위치 시프트된다. 제5도에서, 결과는 스큐된 화소(82)의 선행열이다. 펠릿이 시야를 떠날때, 펠릿 데이터를 포함하는 각 줄의 화소수는 펠릿이 시야에서 완전히 벗어날 때까지, 3개씩 감소한다.

바람직한 맥스비디오 시스템의 신호 처리 구조는 영상 버퍼의 직사각형 부영역, 즉 판모양의 또는 정렬된 X-Y 메모리 위치를 처리하도록 설계된 게이트등과 같은 회로에 특징이 있다. 그러나, 제4도에 따르면, 연속하는 배치의 직사각형 부영역은 오로지 하나의 펠릿 영상만을 완전히 포함한다. 본 발명에 따르면, 영상 버퍼(52)는 이전 줄에 대해 어긋난 화소수만큼 각 연속하는 줄을 출력하도록 효과적으로 구성된다. 예를 들면, 펠릿이 카메라에 대하여 왼쪽에서 오른쪽으로 반송된다고 가정하면, 반송 속도의 함수인 이전 줄에 대한 화소수 간격만큼 각 줄은 오른쪽으로 시프트된다. 이 시프트에 의해, 연속하는 펠릿 라인 영상이 저장된 데이터에서 정렬되어 펠릿의 에지 및 그 줄의 마지막 펠릿 화소에 맞추어진다. 제5도에서, 스큐가 보정된 영상(84)으로의 변환에 의해, 펠릿 표면 데이터의 모든 X-Y 어레이가 한번에 포착되는 것과 같이, 연속하는 처리 모듈의 영상을 간단히 처리할 수 있다.

제5도에 도시한 바와 같이, 예를 들면 3화소의 오른쪽 시프트는 맥스비디오 영상 버퍼(메가 스토어(MEGASTORE))(52)가 실제로 수집된 것보다 3개 많은 각줄의 화소를 계수하는 것에 의해 실행될 수 있다. 영상 버퍼(52)는 화소 수집 수단을 정의하는 센서 소자의 한쪽으로 데이터를 맞추는 것에 의해 논리적으로 동작하며, 이동하는 펠릿의 영상이 전진할 지라도 이것은 본 발명에 따라 보정된다. 그 후, 각 연속하는 줄의 데이터는 다운스트림 처리 모듈로 출력되고, 제5도에 도시한 바와 같이 이전 줄의 오른쪽 3 화소는 공간적 콘벌루션 마스크등이 직진 방식으로 메모리 위치의 X-Y 부영역상에 적용되는 방식으로 처리된다. 이러한 비교적 간단한 보정은 펠릿의 위치맞춤의 1차 보정으로 구현되고, 다른 것에서는 가능하지 않은 방식으로 맥스비디오 모듈등의 X-Y 영상 처리 모듈을 사용할 수 있게 한다.

처리될 펠릿(및 다른 펠릿은 제외됨)을 총괄적으로 포함하는 대상 영역(RIO)을 정의하고 영상 버퍼(52)에 펠릿 데이터를 배치시키는데 문제점이 존재한다. 펠릿 간격, 진행 속도 및 카메라 라인 스캔 주파수의 관련 파라미터를 인지함으로써, 가장 최근에 처리된 펠릿의 위치에 따른, 처리될 다음 펠릿이 영상 버퍼(52)내의 저장될 위치를 명목상 예측할 수 있다. 또한, 펠릿 클럭은 일종의 동기화를 제공한다. 펠릿 영상의 버퍼내의 위치 예측은 탐색 영역을 좁히는데 사용되며, 그에 따라 2진 탐색이 펠릿 ROI를 매우 빠르게 정의할 수 있다.

다수의 펠릿 영상이 동시에 처리되는 것이 바람직하다. 각 펠릿 클럭 신호 중에, 시스템은 그 시점에 영상 버퍼에서 트랙킹되는 5개 펠릿의 각각의 예측된 저장 위치를 갱신한다. 각 펠릿이 시야를 통해 진행할 때, 그 펠릿을 완전히 둘러싸는 ROI는 각 펠릿 클럭(초당 7.5 펠릿일 때, 133msec)중에 갱신되고, 그에 따라 펠릿이 시야를 벗어나면, 그 펠릿의 처리 사이클을 시작하기 위해 ROI 전송이 즉시 개시된다.

펠릿에 대한 화소 데이터가 포획되고 정렬되고 배치되면, 결함 검출 기능 소자들은 표면 반사율의 변동에 대해 데이터를 분석한다. 결함 검출 소자들을 대상의 영역을 정의하는 영상 버퍼로 부터 각 펠릿의 부영상을 받고, 반사율의 변동에 의해 나타나는 펠릿 표면상의 국부적인 잠재적 결함 영역을 화소 데이터 패턴에서 검출한다. 연속하는 라인 스캔에서 전형적으로 나타나는 이러한 국부적 잠재 결함을 일반적으로 “블랍”이라 하며, 이것을 임의의 방향으로 정렬된 크랙, 엔드 캡핑(end capping), 연속 또는 불연속 크랙, 피트(pit) 또는 보이드(void), 금속 함유, 에지 또는 표면 평탄성의 변동 등의 물리적 특성을 포함한다. 블랍(70)은 제6도에 도시한 바와 같이 영상 처리 파이프라인(62),(64)을 따라 식별되고 처리된다.

펠릿 에지 검출 파이프라인(64)으로부터의 데이터는 잠재적 사이드바디(sidebody) 및 에지 결함 위치를 알기 위해 표면 결함 파이프 라인(62)에 의해 사용된다. 잠재적으로 배제될 수 있는 결함의 특징을 나타내는 블랍 데이터는 파이프 라인으로부터 수신되고, 다음에 상세히 설명하는 바와 같이, 결함 판정 및 판별이 실행되는 결함 배제부로 보내진다. 결함 검출은, 2개의 분리된 처리 파이프 라인, 즉 표면 결함의 특성을 검출하는 파이프 라인과 펠릿 에지의 특성을 검출하는 파이프 라인을 갖는 것이 바람직하다.

영상 버퍼에서 수신된 펠릿 부영상 또는 영역은 하나의 펠릿 영상을 완전히 포함한다. 따라서, 이러한 부영역내에 발생하는 임의의 사이드바디 표면 결함은 공지의 펠릿에 속한다. 메가스토어 모듈의 버퍼는 부 영상을 ROI 포맷에서 표준 RS-170 포맷으로 변환하기 위해 사용된다. 이것은 RS-170을 지원하는 맥스 비디오 APA-512 보드의 사용을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 화소의 공간적 분포에 대한 로우 패스 필터 동작을 실행하는 비디오 유한 임펄스 응답(VFIR) 모듈(92)이 영상 자체의 실질적 질저하없이 노이즈를 제거하기 위해 부영상을 필터링하고, 그에 따라 신호대 잡음비가 향상된다.

맥스 비디오 스냅(SNAP) 모듈(94)은 VFIR 필터(92)의 데이터 스트림 다운 스트림과 결합된다. 스냅 모듈(94)은 제7도에 도시한 바와 같이, 그의 룩업 테이블을 사용하여 2개의 임계값 기능을 실현한다. 두 개의 임계값 T1과 T2 사이의 값을 갖는 임의의 입력 화소는 하나의 값(예를 들면, 255)으로 출력된다. T1보다 작고 T2보다 큰(또는, 그러한 임계값과 동일한) 임의의 입력 화소값은 다른 값(예를 들면, 영(0))으로 출력된다. 임계값의 구체적 값은 평균 “양호” 화소 값 위아래의 사전 결정된 값으로 설정될 수 있는데, 이것은 시간이 지나면 알게된다. 이들 임계값 밖의 화소는 관심 대상이 되는데, 이는 그들이 결함(70)에 속하거나 결함(70)과 경계를 이루며 또는 배경에 속하기(즉, 카메라(32)에 의해 수집된 영상의 펠릿을 오프) 때문이다.

단계적인 표면 반사율 변동을 고려하기 위해, 적응적인 임계값 결정 기법에서는 메가스토어 영상 메모리(52)를 샘플링하는 것에 의해 누적되는 정상 펠릿 표면에 대한 평균 그레이값을 사용한다(더 빠른 속도가 요구되면, 대안적인 해법으로 FEATUREMAX-MKII 모듈을 사용한다). 적응적 임계값 기법은 검사해야 할 영역에 인접하는 화소의 영역 또는 클러스터(cluster)와 완전한 펠릿 표면중의 하나 또는 둘다에 관한 학습 팩터(learning factor)를 구비하는 것이 바람직하다. 사이클마다, 임계값 T를 정상 펠릿 표면의 평균값 μ_k에 따라 다음과 같이 갱신할 수 있다.

ε_k= (μ_k-M_k-1)

T_k-1= T_k+ρ*ε_k

M_k= M_k-1+1/2α*ε_k

여기서, M_k는 양호한 펠릿 표면 화소의 공칭 평균이고, ρ 는 학습 가속 팩터(learning acceleration factor)(ρ ≪1.0)이고, α 는 클러스터 평균 학습 팩터(cluster mean learning factor)이다.

사전결정된 최소 결함 기준은 사이드바디 결함에 대하여 정의되는 것이 바람직하다. 이 최소 화소 크기보다 작은 외딴 결함은 관심 대상이 아닌것으로 고려된다. 예시적인 최소 결함 사이즈는 6mil×15mil 로서, 2.4×6 화소의 화소 크기로 변환된다. 하나의 화소 블랍으로 인해, 다운스트림의 APA-512 영상 처리 모듈(98)에 부담을 주는 것을 방지하기 위해, 스냅 모듈(94)은 콘벌루션 마스크를 데이터에 적용하여 임계값 밖의 외딴 화소를 고려대상에서 제외시킬 수 있다. 예를 들면, 스냅 모듈은 하나의 화소 블랍등의 분리된 화소 결함을 식별하고 상쇄하기 위하여 화소당 기준하여 3×3 인접 화소의 관계를 연속해서 체크할 수 있다. 이를 위해, 스냅 마스크(102)는 제8도에 도시한 바와 같이, “0”(양호) 화소에 의해 8개의 가능한 모든 변이 둘러싸인 하나의 “1”(결함) 화소의 관계를 정의한다. 스냅 모듈(94)는 국부 3×3 인접 화소의 관계가 마스크와 일치할 때마다 분리된 “1”을 교체하기 위해 “0” 화소를 출력한다. 따라서, 외딴 결함 화소가 영상 스트림으로 부터 제거된다.

이점에 대해 예시된 영상 데이터 처리는 양호한 화소에서 결함 화소를 분리하여, 나머지 사이드바디 표면 결함 파이프 라인(62)에 대하여, “양호” 화소는 더이상 관심의 대상이 되지 않는다. 양호 화소(255의 값을 가짐)과 결함 화소(0의 값을 가짐)가 모두 영상 데이터 상태로 APA-512 영상 프로세서 모듈(98)상을 통과하므로, 그들을 분리하기 위해 APA-512내에 또하나의 임계값을 사용함으로서, 불량 화소의 패턴만이 다음 해석을 위해 저장되도록 하여, 데이터를 효과적으로 처리하고 처리가 고속화 될 수 있다.

APA-512 영상 프로세서 모듈(98)은 입력 부화상(스냅 모듈에 의해 이미 효과적으로 “양호”및 결함 화소로 분리되어 있음)을 접수하고, 연결 분석 기능을 실현하여, 결함 화소가 보다 큰 결함 측면에서 서로 관련되는가를 판정하고, 그렇다면 결함으로 판단한다. APA-512는 블랍(70)의 계수를 나타내는 수 및 그들의 연관 시드 파라미터(associated seed parameters)(결함을 정의하고 펠릿을 배제할 것인가의 결정에 있어서 관심 대상의 특성을 정의함)을 출력한다. 그 출력은 시스템이 보다 크거나 많은 결함, 보다 작거나 적은 결함과 결함의 유형을 구분할 수 있게 하는 방식으로 대응하는 블랍(70)을 설명한다. 따라서, 고 품질의 펠릿을 정확하게 선택할 수 있게 된다.

광학 시스템 및 피검사물의 크기에 따라, 맥스비디오 APA-512 보드(98)와 같은 영상 처리 보드에 의해 허용된 최대값보다 영상의 크기가 더 클 수 있다. 그러한 경우이면, 전체 영상의 처리가 완료될 때까지 영상은 타일마다 처리된다. 펠릿 검사의 경우, 오버 스캔을 포함하여, 가장 큰 펠릿의 표면을 완전히 덮는데 2개의 타일만이 필요한 것이 보통이다. 각 타일내의 임의의 결함은 여느때처럼 블랍 시드 파라미터를 발생한다. 제9도에 도시한 바와 같이, 인접하는 타일사이의 경계를 가로지르는 결함의 경우를 취급하기 위해, 블랍(70)이 타일간의 경계(108)에 인접한 제 1 의 타일에서 발견될 때, 인접한 타일(104)내의 대응하는 블랍(106)에 대하여 체크가 이루어진다. 양타일이 경계에 또는 그 부근에서 블랍을 포함하면, 두개의 타일(104)에 대한 블랍 시드 파라미터들이 조합된 상태로 고려되므로, 두 개의 블랍들을 병합하여 양 타일로 부터의 영상에서 발생된 특성을 갖는 블랍 및/또는 보다 큰 블랍을 정의한다.

인접한 타일의 잠재적으로 관련된 블랍에 대하여, 바운딩 박스 과정(bounding box procedure)은 경계에서 사전 결정된 거리까지 블랍에 대한 인접한 타일의 검사를 제한한다. 인접한 블랍 및 타일의 두개의 결함 바운딩 박스(110)를 비교하는 것에 의해, 두개의 블랍이 경계(108)를 가로질러 연격되는가의 여부(즉, 바운딩 박스의 오버랩 여부)에 대한 신속한 체크가 이루어진다. 그렇다면, 이들을 조합한다. 그렇지 않으면, 이들은 단순히 개별적인 블랍(70)으로서 간주된다. 오버랩에 대해 의문이 있을 경우, 루틴은 블랍이 실제로 연결하는가를 결정하기 위해 경계 화소 값 및/또는 결함 화소 위치를 테스트할 수 있다. 그렇게 할 경우, 블랍 파라미터를 병합하고, 하나의(큰) 블랍을 찾아내어, 수락/배제 판정을 하도록 제공된 루틴을 통과시킨다. 그렇지 않다면, 두 개는 개별적(작은) 블랍으로 처리된다. 타일링 과정은 타일링 경계를 가로지르는 결함을 수용하고, 그들은 적당한 곳에서 병합된다. 상대적으로 큰 블랍의 발생 및 보다 많은 블랍의 발생은 펠릿(24)상에서 반대로 반사되어, 둘다 배제 결정을 하는 특정예로서 충분하다.

예시된 표면 처리 파이프라인(62)의 최종 결과는 블랍을 설명하는 관련 시드 파라미터 및 블랍의 리스트이고, 그 각각은 펠릿의 사이드바디를 따라 존재하는 결함을 잠재적으로 나타낸다. 타일 경계에 위치한 블랍의 병합을 제외하면, 예시된 처리 모두를 하드웨어로 실현 할 수 있어, 높은 데이터 속도로 동작시킬 수 있다.

예를 들면, 게이트 어레이는 제8도에 따른 스냅 마스크등을 용이하게 실현할 수 있으며, 그에 따라 메모리 레지스터를 통해 화소 데이터가 단순히 시프트되면서 필요한 출력이 발생된다.

파이프라인(64)은 펠릿 에지 검출 처리에 제공된다. 에지 검출 파이프 라인에 의해 영상 퍼버(52)로부터 수신된 영상은 펠릿의 영상을 온전히 포함한다. 따라서, 이 영상내에 위치한 임의의 에지 결함은 공지의 펠릿에 포함된다.

이 파이프 라인의 첫번째 스텝은 펠릿의 명목상 에지를 정의하는 것이다. 이것은 비디오 유한 임펄스 응답 필터(VFIR)(92) 및 다른 콘벌루션 마스크를 사용하여 구현된다. 이 경우, 콘벌루션 마스크는 수직 에지 경사부에 있는 화소를 향상시키도록 설계된 가중 펙터를 포함한다. 제10도는 수직 에지를 강조하기 위한, 즉 수평 에지와 같은 다른 특징에서보다 수직 에지에서 보다 큰 출력 또는 절대값을 생성하는것에 의해 에지의 콘트라스트를 향상시키는 적당한 마스크(122)를 도시한 것이다. 에지 검출 기능이 수치 그레이 스케일 데이터를 처리하므로, 표면 데이터 파이프 라인에 따른 임계값 정의 스텝 및 분리된 결함 화소에 사용되는 2진 시스템보다 평균 그레이 레벨 값의 변동에 더 강하다. 또한, 그것은 다음의 선형 회기 기능(liner regression function)의 부화소 해상도 정확성을 향상시킨다.

제10도의 콘벌루션 마스크는(제8도와 마찬가지로) 3×3 화소이다. 이것은 또한 다른 크기의 콘벌루션 마스크를 가질 수 있다. 제10도에 따른 주어진 화소의 콘벌루션 출력은 콘벌루션 마스크 박스의 각 위치의 펙터(factors)와 마스크 박스에 의해 정의한 바와 같은, 중심 화소(124)에 대해 대응하는 공간적 관계를 갖는 화소의 값을 곱한 후 그 합을 가산하는 것에 의해 발생된다. 콘벌루션 마스크 펙터는 제10도의 수직 에지와 같이 영상에서 발견될 수 있는 특징을 뒷받침하는 가중 펙터이다. 또한, 예를 들면, 사전결정된 크기의 홀, 수직 또는 수평 크랙등의 다른 패턴의 화소를 뒷받침하는 콘벌루션 마스크를 정의할 수 있다. 이러한 콘벌루션 마스크를 화소 데이터에 적용하는 것에 의해, 마스크에 의해 뒷받침되는 특징이 화소 데이터에서 강화되고, 더욱 용이하게 발견되고, 측정되며 다르게 처리될 수 있다.

에지 검출 파이프라인은 FEATUREMAX-MXII 모듈(125)을 사용하는 것이 바람직하다. 수직 에지의 검출시에, FEATUREMAX-MXII 모듈(125)은 좌측 및 우측 에지 화소의 X/Y 좌표를 추출한다. 각 좌표는 좌측 에지에서 발생한 것인지(그리고 제10도에 따른 콘벌루션에 의한 강화 뒤에 큰 정의 값을 갖는지) 또는 (큰 음의 값을 갖는) 우측 에지에서 발생한 것인지의 여부에 따라 적절히 태그된다.

펠릿 에지의 좌표가 이용 가능하면, 영상 스큐를 보정하기 위해 2차 보정이 바람직할 수도 있다. 이것은 일정한 선형 변환 속도로 간주된 1차 보정 및 선형 속도의 작은 변동이 발생하면 바람직하다. 하나의 화소 에러는 변환 속도의 0.1%로 작은 변동에서 기인할 수 있어, 펠릿 에지 위치에 공간적 주기적 분포가 발생한다. 디지탈화에 의해서도 ±1 화소 위치의 잠재적 에러가 존재한다. 주어진 줄에서, 좌측 및 우측 에지가 동일 방향으로 동일한 양만큼 어긋나 있고 두 개의 에지간의 차이가 기대한 펠릿 길이에 대응하면, 그 줄에 대한 변위를 보정할 수 있다. 따라서, 결함을 검사하기 전에 처리 스텝에서 열(rows)이 정렬된다.

좌측 에지 화소의 보정된 좌표는 통상 직선인 펠릿의 좌측 에지를 가장 잘 기술하는 영상 공간의 공칭 라인을 결정하기 위해 선형 회귀 루틴에 입력된다. 우측 에지 화소 좌표에 대해서도 처리가 반복된다. 에지 라인은 펠릿 표면 화소와 배경 화소를 분리한다. 임의의 에지 결함이 표면 사이드바디 결함과 동일한 방법으로, 즉 공칭 특징에서 먼 영역 또는 블랍(70)을 발견하여 관련 짓는 것에 의해 반드시 검출된다.

에지 결함을 처리하는 다른 방법은 이전 에지 라인을 사용하여, MAX-GRAPH 모듈(126)에 의해 발생된 마스크를 갱신하는 것이다. 이 마스크는 2진수일 수도 있고, 영상 메모리에서, (가장 잘 맞는 에지 라인에 의해 정의된 바와 같은) 펠릿(24)의 각 에지를 따라 존재하는 이상적 펠릿의 가장 바깥쪽 펠릿 화소를 기능적으로 나타낸다. 실제로 발견된 에지 화소가 완만한 이상적 에지 라인을 따라 존재하거나 또는 하나 이상의 화소 위치만큼 바깥 또는 안쪽으로 어긋나 있으면, 화소마다의 기준을 결정하는 단순한 사항으로 된다. 어긋난 에지 화소의 수 및 관련된 어긋난 에지 화소의 블랍의 파라미터는 에지 결함을 평가하기 위해 결정된다.

MAX-SP 모듈에 포함된 것과 같은 산술 논리 유닛(ALU)은 논리적 AND 모드에서 두 개의 부영상을 비교하는데 사용되는 것이 바람직하며, 이때 두 개의 부영상중 하나는 펠릿 화소가 실제로 기대되는 곳을 나타내는 부영상과, 다른 하나는 특정 펠릿에서 펠릿 화소가 실제로 발견되는 곳을 나타내는 부영상을 나타낸다. 이 동작의 출력은 원하는 위치에서 발견되었던 각 화소의 경우에는 논리 “1”이고, 펠릿 화소가 발견될 것으로 기대하였으나 발견되지 않은 각 화소의 경우에는 논리 “0”이다. 정의에 의해 논리 “0” 화소는 에지 결함 화소들이다. FEATUREMAX-MXII 모듈(125)은 에지 검출 화소를 계수하는데 사용도리 수 있고, 에지 결함 화소의 수는 수락/배제 판정으로 인수분해되도록 전달된다.

결함 배제 기능은 결함 검출부에서의 에지 펠릿 결함 및 잠재적 표면상의 블랍 데이터에 기초한다. 결함 배제 프로세서는 블랍 시드 파라미터를 결함 파라미터로 변환시키고, 결함 파라미터를, 예를 들면, 결함의 크기, 형태 및 수와 같은 사용자 프로그램가능 배제 기준과 비교하며, 펠릿에 대한 수락/배제 판정을 발생한다. 결함 파라미터 데이터의 지원과 함께 이러한 판정은 펠릿의 반송과 동기하는 시프트 레지스터 또는 선입 선출(FIFO) 큐(132)에 제공된다. “배제 인에이블”신호는 대응하는 배제된 펠릿의 진행과 함께 FIFO 큐(132)를 통해 시프트되고, 적절한 시간에 배제 메카니즘(134)을 작동시켜 결합 펠릿을, 예를 들면, 그 펠릿을 수락된 펠릿 스트림으로 부터 전환시키는 것에 의해 배출한다.

각 잠재적 결함(PD)에 대하여, 블랍 시드 파라미터 및 연산된 파라미터들은 바람직하기로는 프로그램가능한 사전결정된 배제 기준과 비교된다. 표 1에 도시한 바와 같이, 결함의 수, 특징, 치수 및 상호 관계는 수락/배제 결정으로 인수분해된다. 사전결정된 경계와 만나는 임의의 블랍 또는 여러개의 블랍은 결함으로 태깅되고, 펠릿 명세 구조는 그 결함 정보로 갱신된다. 개념적으로, 임의의 주어진 펠릿(24)은 하나이상의 결함을 가질 수 있거나, 또는 발견된 특정 결함이 다소 심각할 수 있다.

제11(a)도 및 제11(b)도는 각 잠재적 결함 또는 PD에 사용되는 바람직한 결정 트리(140)를 도시한 것이다. 결함 형태의 분기(142)는 사이드바디 표면 PD 및 에지 PD에 관한 두 개의 파이프라인을 서로 구분하도록 도시된 것이다. 사이드바디 결함 처리 순서(제11(a)도)에서, 상이한 레그(legs)로의 분기(144)가 크랙 및 크랙이 아닌 결함에 대한 상이한 취급을 위해 제공된다. 크랙에 대하여, 크랙의 배향은 블랍 시드 파라미터의 하나의 양상이고, 크랙이 수평인가 또는 수직인가에 따라 상이한 길이의 배제 임계값이 다른 분기(146)를 거쳐 인가될 수 있다. 사전 결정된 길이를 넘은 크랙을 나타내는 세로의, 원주의 또는 엔드 캡은 배제의 근거이다. 긴 크랙은 배제를 발생하거나 추가적인 그러한 크랙이 또한 발견되는 경우 섬네일 크랙으로서의 거절을 발생하기 위해 저장되는 반면, 하나의 짧은 세로 크랙은 통과된다. 다른 배향 크랙은 사전결정된 임계값보다 크거나(148), 또다른 크랙과 관련되지 않는 한 용인될 수 있다.

[표 1]

크랙이 아닌 결함에 대하여(제11(b)도), 결정 트리의 분기(152)는 결함이 비교적 밝은가 또는 어두운가의 여부를 위해 마련된 것으로, 밝은 결함은 금속 함유 또는 연마되지 않은 표면을 나타내고, 어두운 결함은 보이드, 피트등을 나타낸다. 이들 결함에 대하여, 배제 설정점(154)는 결함 면적에 따른다. 검출된 결함의 종류, 면적 및 수는 불량 펠릿에서 양호한 펠릿을 구분하는데 사용된다. 마찬가지로, 에지 검출 분기에 있어서, 소정의 임계값보다 큰 면적을 갖는 PD는 배제 결정을 발생한다.

제11(a)도 및 제11(b)도에 도시한 바와 같이 수락/배제 결정을 발생하고, (그들의 수 때문에 잠재적인 배제를 위해) 특정 펠릿에 대하여 이미 처리된 PD를 기억해 두는 것에 부가하여, 시스템은 발견된 결함을 로그하는 것이 바람직하다. 이것은 제조 파라미터, 펠릿 롯(lots) 또는 뱃치(batch), 특정한 펠릿 재료의 뱃치등과 상호 관련된 결함을 인에이브할 경우에, 정보 관리 관점에서 효과적이다. 그렇게 하면, 특정 결함수와 관련되어 식별되는 제조 파라미터를 보정하거나 또는 조정하는 것에 의해, 선택 속도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 객관적인 기준을 사용하여 펠릿을 구분하는 매우 일관되고 신뢰성 있는 방법 및 장치를 제공한다. 육안 검사의 주관적이고 일정하지 않음을 피할 수 있다. 또한, 본 발명은, 매우 낮은 레벨의 방사선에 검사자가 노출되지 않도록 하고, 검사자가 무거운 펠릿 트레이를 들어서 옮기는 필요성을 제거한다.

본 발명은 일반적인 자동 검사 용도에 적용될 수 있다. 상술한 바람직한 실시예를, 작고 원통 대상물인 핵연료 펠릿의 검사에 대하여 구체적으로 기술하였지만, 다수의 동일한 신호 처리 기술 및 장치를 다른 특정 표면 검사 용도에 사용 할 수 있다. 요구된 것 모두는 카메라 및 광학 시스템에 검출된 대상의 적절한 표현이다.

Claims (13)

1. 원통형 핵 연료 펠릿에 대한 비 접촉 결함 검출 방법에 있어서: 경로를 따라 실질적으로 연속해서 일련의 펠릿을 이송하되, 상기 펠릿을 펠릿의 종축에 대해 회전시키고 상기 종축을 따라 상기 펠릿을 전진시키는 단계와, 검사 영역에서 상기 제품을 조명하는 단계와, 상기 회전 및 전진 정도에 대응하는 오프 세트만큼 개별적인 화소들이 이전 및 다음의 상기 라인 스캔에 기록된 펠릿상의 인접 화소로부터 벗어나는 연속하는 라인들을 가지는 화소 데이터 영상을 정의하도록, 상기 제품의 적어도 하나의 부분 집합에 대한 다수의 라인 스캔을 기록하고, 상기 라인 스캔을 디지털화하는 단계와, 평균값과, 상기 평균값의 사전설정된 범위내에 있는 상한 임계값 및 하한 임계값을 정의하기 위해 상기 영상내의 화소값들을 처리하고, 상기 화소들의 영상 맵을 발생시키기 위해 상기 상한 임계값 및 하한 임계값을 상기 화소값과 비교하는 단계와, 상기 오프 세트를 제거하기 위해 2진 영상 맵의 화소들을 연관시키는 단계와, 적어도 하나의 콘벌루션 매트릭스를 영상 맵의 대상 영역에 적용하되, 상기 콘볼루션 매트릭스는 결과하는 화소 매트릭스를 생성하기 위한 대상 영역의 각 화소에 적용되는 일련의 2차원 펙터를 가지며, 상기 펙터는 상기 임계값 밖으로 벗어난 외딴 화소를 무시하고 상기 펠릿의 에지를 따라 콘트라스트를 높이는 것중에 적어도 하나를 위해 선택되는 단계와, 상기 임계값 밖의 화소들의 전체수를 포함하는 적어도 하나의 파라메타와, 상기 임계값 밖의 인접 화소의 블랍의 적어도 하나의 치수를 판정하는 단계와, 상기 오프 세트를 제거하기 위해 연관된 2진 영상 맵의 화소에 상기 펠릿의 에지에 있는 화소들을 배치하는 단계와, 상기 2 진 영상 맵의 화소들과 상기 펠릿의 에지에 대한 공칭 윤곽을 매칭시키는 단계, 및 상기 파라메타의 함수 및 상기 공칭 윤곽에 대한 화소의 상기 매칭 함수로서 제품을 선택하고 배제하는 단계를 포함하는 비 접촉 표면 결함 검출 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리 단계는, 비디오 유한 임펄스 응답 필터를 상기 화소값에 적용하여 상기 화소 데이터 영상에 나타나는 노이즈를 감소시키는 단계를 포함하는 비 접촉 표면 결함 검출 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 처리 단계는, 제품의 영상을 포함하는 관련 화소 영역에 대응하는 대상 영역상에 구현되는 비 접촉 표면 결함 검출 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 콘벌루션 매트릭스는, 에지를 나타내는 펙터 매트릭스를 포함하고, 상기 처리 단계는, 상기 결과하는 에지와 가장 잘 맞는 점에서 펠릿의 공칭 에지를 정의하는 단계와, 상기 공칭 에지와 상기 펠릿 에지 화소의 일치를 판단하기 위하여 상기 공칭 에지에서 벗어나고 상기 임계값 밖으로 벗어난 펠릿 에지 화소를 계수하여 연관시키는 단계를 더 포함하는 비접촉 표면 결함 검출 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 기록 단계는, 영상 버퍼에 상기 영상 맵을 저장하는 단계를 포함하고, 상기 처리 단계는, 표면 결함을 검출하기 위해 계수하고 연관시키는 단계와, 에지 결함을 검출하기 위해 공칭 에지를 매칭시키는 단계를 포함하며, 상기 표면 결함 및 에지 결합 검출은, 각각 화소 데이터 영상의 적어도 2개의 데이터 경로를 따라 동시에 이루어지는 비접촉 표면 결함 검출 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 기록 단계는, 적어도 하나의 인접영역으로부터의 인접 섹션과 각 펠릿의 인접 에지 섹션 중 하나를 나타내는 적어도 2개의 화소 데이터 영상을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 비접촉 표면 결함 검출 방법은, 상기 인접 섹션을 나타내는 화소의 적어도 2개의 타일을 연관시키는 단계를 더 포함하며, 상기 계수 및 연관 단계는, 타일간의 경계를 가로질러 중개하는 상기 적어도 2개의 타일의 블랍을 판별하는 단계를 더 포함하는 비 접촉 표면 결함 검출 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 기록 단계는, 다수의 센서 소자를 갖는 라인 스캔 카메라를 사용하여 구현되고, 상기 비접촉 표면 결함 검출 방법은, 상기 센서 소자마다의 이득값과 오프세트값중 적어도 하나를 기록하는 단계와, 상기 센서 소자로부터의 출력 레벨을 정규화하여 상기 센서 소자들간의 상기 이득값과 오프세트값중 적어도 하나의 변동을 제거하는 단계를 더 포함하는 비접촉 표면 결함 검출 방법.
8. 실질적으로 원통인 핵연료 펠릿의 표면 및 에지 결함을 검출하는 결함 검출 장치에 있어서: 운반 경로를 따라 상기 펠릿을 회전시키고 축방향으로 진행하도록 조작 가능한 운반 기구와, 관찰 영역을 통과하는 펠릿의 반사율을 나타내는 연속 라인 스캔 신호를 밝히는 조명 수단 및 라인 스캔 카메라와, 상기 라인 스캔 신호를 디지탈화하여 상기 펠릿에 대한 화소 데이터 영상을 획득하고 영상 메모리에 저장하는 수단과, 평균화 수단, 비디오 유한 임펄스 응답 필터 및 콘벌루션 마스크 프로세서중의 적어도 하나를 포함하고, 적어도 하나의 임계값 한계를 넘는 상기 각각의 펠릿의 반사율 변동을 나타내는 화소 맵을 발생하기 위한 상기 화소 데이터를 처리하는 영상 데이터 필터와, 상기 펠릿의 품질을 판정하기 위해 상기 임계값 한계를 넘는 화소의 분류된 블랍을 식별하기 위한 상기 화소 맵을 분석하고 상기 임계값 한계를 넘는 상기 화소와 상기 블랍중의 적어도 하나를 계수하는 프로세서를 포함하고, 상기 영상 데이터 필터 및 상기 프로세서는, 상기 화소 맵상에서 동시에 작동하는 2개의 병렬 영상 처리 파이프라인을 정의하고, 상기 병렬 영상 처리 파이프라인은 사이드 결함 및 에지 결함을 각각 검출 및 판정하기 위한 것인 결함 검출 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 영상 데이터 필터는 적어도 대상 영역내의 화소의 값을 평균화하고 상기 평균에 따라 상한 및 하한 임계값을 발생시키되, 상기 화소 맵은 상기 임계값간의 화소와 상기 임계값 밖의 화소간을 구분하는 결함 검출 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 평균은 상기 비디오 유한 임펄스 응답 필터의 출력에 적어도 부분적으로 기초하는 결함 검출 장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 라인 스캔 카메라는, 여러개의 센서 소자를 구비하고, 상기 결함 검출 장치는, 상기 각 센서 소자에 대한 이득값과 오프 세트값 중의 적어도 하나를 설정하는 수단을 더 포함하며, 상기 디지탈화하는 수단과 상기 영상 데이터 필터와 상기 프로세서 중의 적어도 하나는, 상기 센서 소자에 발생된 값을 정규화하여 상기 이득과 오프세트 중의 적어도 하나의 변동을 제거하는 결함 검출 장치.
12. 핵연료 펠릿에 대한 결함 검출 장치에 있어서: 운반 경로를 따라 상기 펠릿을 회전시키고 축방향으로 진행하도록 조작 가능한 운반 기구와, 관찰 영역을 통과하는 펠릿의 반사율을 나타내는 연속 라인 스캔 신호를 밝히는 조명 수단 및 라인 스캔 카메라와, 상기 라인 스캔 신호를 디지탈화하여 상기 펠릿에 대한 화소 데이터 영상을 획득하고 영상 메모리에 저장하는 수단과, 평균화 수단, 비디오 유한 임펄스 응답 필터 및 콘벌루션 마스크 프로세서중의 적어도 하나를 포함하고, 적어도 하나의 임계값 한계를 넘는 상기 각각의 펠릿 반사율 변동을 나타내는 화소 맵을 발생하기 위한 상기 화소 데이터를 처리하는 영상 데이터 필터와, 상기 펠릿의 품질을 판정하기 위해 상기 임계값 한계를 넘는 화소의 분류된 블랍을 식별하기 위한 상기 화소 맵을 분석하고 상기 임계값 한계를 넘는 상기 화소와 상기 블랍중의 적어도 하나를 계수하는 프로세서를 포함하고, 상기 영상 데이터 필터 및 상기 프로세서는, 사이드 결함 및 에지 결함을 검출 및 판정하기 위한 두 개의 실질적으로 병렬인 영상 처리 파이프 라인을 각각 정의하고, 상기 영상 데이터 필터는, 에지의 인접 화소 특성 그룹들간의 변동을 나타내는 콘벌루션 마스크를 적용하는 것에 의해 상기 펠렛의 에지의 콘트라스트를 높이며, 상기 프로세서는 맨끝 에지에 가장 잘 맞는 공칭 라인에서 어긋난 상기 펠릿의 맨끝 에지를 따라 검출된 화소로 구성된 블랍을 정의하여 계수하는 결함 검출 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 프로세서는 블랍 계수, 임계값 밖의 화소의 계수, 블랍의 적어도 하나의 치수 및 어긋난 맨끝 에지를 따른 화소의 계수중의 적어도 하나에 따라 각 펠릿에 대한 수락/배제 결정을 실행하는 결함 검출 장치.