KR100894684B1 - 영상 측정장치 및 레이저 깊이 측정장치를 이용한 금속판재표면결함 검사 장치 및 금속판재 표면결함 검사 방법 - Google Patents

영상 측정장치 및 레이저 깊이 측정장치를 이용한 금속판재표면결함 검사 장치 및 금속판재 표면결함 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 금속 판재의 표면의 영상을 획득하고 획득된 영상을 분석하여 상기 금속 판재의 표면결함을 검출하는 영상 측정장치; 및 상기 영상 측정장치를 통해 표면결함이 있는 것으로 검출된 금속판재에 대하여, 레이저 스캐닝을 통해 표면결함의 깊이를 측정하여 결함 깊이 데이터를 검출하는 레이저 결함 깊이 측정장치;를 포함하는, 금속 판재의 표면 결함 검사장치를 제공한다.
스테인레스 강판, 표면, 결함

Description

영상 측정장치 및 레이저 깊이 측정장치를 이용한 금속판재 표면결함 검사 장치 및 금속판재 표면결함 검사 방법{Inspection Apparatus and Method for Dectecting Surface Defects of Metal Plate Using Vision System and Laser Depth Profiler}
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 영상측정 장치 및 레이저 깊이 측정장치를 구비한 금속판재 표면 결함 검사장치의 구성도.
도 1b는 도 1a의 표면결함 검사장치의 주요부분을 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 표면결함 검사장치에 사용되는 영상 측정장치의 주요부분을 나타내는 측단면도.
도 3a는 도 2의 영상 측정장치의 일례를 나타내는 사시도.
도 3b는 도 3a의 AA' 라인을 따라 자른 단면도.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 영상 측정장치의 영상처리용 검출영역(ROI)의 배치 방식을 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 표면결함 검사장치에 사용되는 레이저 결함 깊이 측정장치의 주요부분을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 금속판재 표면 결함 검사방법을 설명하기 위한 플로우차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5: 금속 판재(스테인레스 강판) 50: 표면 결함
100: 영상 측정장치 105: 차광 박스
110: 조명장치 120: CCD 카메라
150: 상하 이송기구 110a: 광섬유 어레이
110b: 할로겐 광원 110c: 슬릿
130: 이미지 그래버 140: 제1 제어부
200: 레이저 결함 깊이 측정장치 210: 레이저 스캐너
215: 결함부위 촬상용 카메라 220: 레이저 스캐너 드라이버
230: 데이터 로깅 시스템 240: 제2 제어부
250: 저장부 260: x축 이송장치
270: y축 이송장치
본 발명은 스테인레스 강판 등의 금속 판재 표면의 결함을 검사하는 장치에 관한 것으로, 영상 측정장치와 레이저 깊이 측정장치를 이용하여 금속 판재의 표면 결함을 자동으로 효율적으로 정확히 측정 및 검사할 수 있는 금속판재 표면결함 검사장치와, 그 장치를 이용하여 금속판재의 표면결함을 효율적으로 정확히 검사할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 LNG 운송용 선박의 LNG 탱크는 고압 및 저온에서 내구성을 가져야 하며, LNG 탱크에 사용되는 스테인레스 강판 재료의 품질이 LNG 탱크의 중요한 품질 인자가 된다. 특히, LNG 탱크용 스테인레스 강판의 품질 관리에 있어서, 강판 표면에 발생하는 결함 또는 흠(dent)의 억제와 이를 위한 관리가 이러한 강판에 관한 주요한 평가지표가 된다. LNG 탱크용 스테인레스 강판에 관한 일반적인 평가기준으로는 30㎛ 이상 깊이의 표면결함이 있을 경우 불량으로 취급하고 있다. 그러나 이정도의 결함은 육안으로는 매우 미세하기 때문에 적절한 평가가 매우 어려운 실정이다.
현재 스테인레스 강판의 표면에 발생한 결함의 검출은, 작업자의 육안에 의한 검사에 의존하고 있다. 그러나, 육안 검사의 특성상, 육안에 의한 작업자의 검출 과정은 재현성(repeatability)와 신뢰성(reliability)의 확보가 거의 불가능하며 검사의 정확성을 확보하기도 어렵다. 또한 육안에 의한 강판 표면의 검사는 할로겐 램프 등의 조명상태에서 실시하기 때문에, 강판 표면으로부터 반사 및 광원으로부터 나오는 자외선 등으로 인해 작업자의 시각에 무리를 주게 되며 결과적으로 검사의 정확성은 시간이 갈수록 더욱 더 떨어지게 되는 문제점을 안고 있다.
이에 더하여, 설사 작업자가 육안으로 강판 표면의 결함 부위를 검출하여도 실제로 그 결함의 깊이를 측정할 수 없기 때문에, 육안으로 발견된 표면결함이 30㎛ 이내의 결함 허용 범위에 있는지 보증할 수가 없다. 이에 따라 상기한 결함 허용범위에도 불구하고 육안에 의해 결함이 발견되는 모든 제품이 불량으로 처리되고, 이에 따라 강판 재료의 손실이 증대되는 문제가 있다.
상기한 표면 결함의 검사 필요성과 이를 구현하기 위한 효율적이고 정확한 검사 장비 및 검사 방법에 대한 요구는, 스테인레스 강판뿐 아니라 다른 강판(예컨대, 주석도금 강판)이나 기타 비철 금속 등 다양한 금속재료의 판재에서도 존재한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 스테인레스 강판 등 금속 판재의 표면결함을 자동으로 효율적으로 정확히 검사할 수 있는 금속판재 표면결함 검사장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기한 금속 판재 표면결함 검사장치를 이용하여 스테인레스 강판 등의 금속판재의 표면결함을 효율적으로 정확히 검사할 수 있는 검사방법을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 금속판재의 표면결함 검사장치는,
금속 판재의 표면의 영상을 획득하고 획득된 영상을 분석하여 상기 금속 판재의 표면결함을 검출하는 영상 측정장치; 및
상기 영상 측정장치를 통해 표면결함이 있는 것으로 검출된 금속판재에 대하여, 레이저 스캐닝을 통해 표면결함의 깊이를 측정하여 결함 깊이 데이터를 검출하는 레이저 결함 깊이 측정장치;를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 금속 판재 표면결함 검사장치는,
상기 영상 측정장치에 의해 표면결함이 있는 것으로 검출된 금속 판재를 상기 레이저 결함 깊이 측정장치로 이송하도록 분류하기 위한 제1 분류장치; 및
상기 레이저 결함 깊이 측정장치에 의해 검출된 표면결함의 깊이의 결과값이 기설정된 기준값을 넘는 것으로 측정된 금속판재를 최종불량품 출구측으로 이송하도록 분류하기 위한 제2 분류장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 영상 측정장치는, 상기 금속 판재의 표면의 영상을 촬상하는 적어도 하나의 CCD 카메라; 상기 CCD 카메라에 의해 촬상된 영상 데이터를 수신하여 수신된 영상 데이터를 픽셀 형태로 디지털화하기 위한 이미지 그래버(image grabber); 및 상기 이미지 그래버로부터 디지털 영상 데이터를 수신받아 표면 결함의 유무 및 결함의 위치를 판정하는 제1 제어부를 포함할 수 있다.
상기 영상 측정장치는 정해진 경로 상에서 이동하는 금속 판재의 표면을 조명하기 위한 조명장치를 더 포함할 수 있다. 상기 조명장치와 CCD 카메라는 외부 광원을 차단하기 위한 차광박스 내에 설치될 수 있다. 상기 조명장치는, 금속판재의 이동경로 좌우측에 배치되어 슬릿을 통해 측면으로 광을 조사하는 측면 광원을 가질 수 있다. 특히, 상기 측면광원은 상기 슬릿을 따라 배열된 광섬유 어레이를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 CCD 카메라는 금속 판재의 이동 경로를 따라 배치된 서로 다른 제1 및 제2 영상처리용 검출영역을 설정할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 제어부는 금속 판재의 동일 부분에 대해, 상기 2개의 검출 영역 사이의 금속 판재 이동 시간에 따른 시간차를 두고 상기 제1 검출 영역과 제2 검출 영역에서 취득된 영상 데이터를 서로 비교할 수 있다. 그 비교 결과, 상기 제1 및 제2 검출 영역 중 어느 한 검출 영역에서만 결함이 검출된 경우 그 결함은 무시할 수 있는 것으로(또는, 그 결함은 없는 것으로) 판정할 수 있다.
또한 상기 제1 제어부는, 각각의 픽셀에 대해, 동시에 취득한 상기 제1 검출영역의 결과 데이터값과 상기 제2 검출 영역의 결과 데이터값의 차이를 구하여, 금 속판재의 배경에 해당하는 영상 성분을 상쇄할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 레이저 결함 깊이 측정장치는, 상기 영상 측정장치에 의해 검출된 표면 결함의 깊이 프로파일을 검출하도록, 상기 표면 결함 부위에서 레이저 스캐닝을 행하는 레이저 스캐너; 및 상기 레이저 스캐너를 통해 검출된 깊이 프로파일에 관한 정보를 수신하고 그 프로파일로부터 산출되는 결함 깊이 결과값을 기설정된 기준값과 비교하는 제2 제어부를 포함한다. 상기 레이저 스캐너는 스폿형 레이저(spot laser)를 이용하여 상기 검출된 결함 위치를 기준으로 기설정된 크기의 구간에서 레이저 스캐닝을 행할 수 있다.
상기 레이저 결함 깊이 측정장치는, 상기 영상 측정장치에 의해 측정된 결함의 위치값에 따라 상기 레이저 스캐너를 상기 결함 위치 상으로 이송시키는 레이저 스캐너 이송장치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 제어부는 상기 영상 측정장치에서 검출된 결함 위치 데이터를 수신받아 상기 레이저 스캐너 이송장치로 하여금 상기 레이저 스캐너를 상기 검출된 결함 위치 상으로 이송하도록 제어할 수 있다.
또한 상기 레이저 결함 측정장치는, 상기 레이저 스캐너에 고정 설치되어 상기 결함 부위의 영상을 촬상하는 카메라를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 레이저 결함 측정장치는 상기 결함 깊이 결과값에 관한 정보와 상기 결함 부위의 영상 데 이터를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 금속 판재의 표면 결함 검사방법은,
영상 측정장치를 사용하여 금속 판재의 표면 영상을 획득하고 획득된 영상을 분석하여 상기 금속 판재의 표면 결함을 검출하는 제1 검출 단계; 및
상기 표면 결함 검출 단계에 의해 표면 결함이 검출된 경우, 상기 검출된 표면 결함 부위에 레이저 스캐닝을 수행하여 표면 결함의 깊이 데이터를 검출하는 제2 검출 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 금속판재 표면결함 검사방법은,
상기 영상 측정장치에 의해 표면결함이 있는 것으로 판정된 경우, 그 금속판재를 상기 깊이 데이터 검출 단계의 수행 장소로 이송하도록 분류하는 제1 분류 단계; 및
상기 깊이 데이터 검출 단계에 의해 검출된 표면결함의 깊이가 기설정된 기준값을 넘는 것으로 판정된 경우, 그 금속판재를 최종불량품 출구측으로 이송하도록 분류하는 제2 분류 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 분류 단계에서, 상기 영상 측정장치에 의해 표면결함이 없는 것으로 판정된 경우, 그 금속 판재는 정상품 출구측으로 이송되도록 분류될 수 있다. 또한 상기 제2 분류 단계에서, 상기 검출된 표면결함의 깊이가 기설정된 기준값 이하인 것으로 판정된 경우, 그 금속 판재는 표면 재가공품(repair) 출구측으로 이송되도록 분류될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제1 검출 단계는, CCD 카메라를 사용하여 금속 판재의 표면의 영상을 촬상하는 단계; 이미지 그래버를 사용하여, 상기 CCD 카메라에 의해 촬상된 영상 데이터를 픽셀 형태로 디지털화하는 단계; 및 상기 이미지 그래버로부터 디지털 영상 데이터를 수신받아 표면 결함의 유무 및 결함의 위치를 판정하는 제1 제어 처리 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 촬상 단계에서, 금속 판재의 이동 경로를 따라 배치된 서로 다른 제1 및 제2 영상처리용 검출영역을 설정할 수 있고,
제1 제어 처리 단계에서, 금속 판재의 동일 부분에 대해, 상기 2개의 검출 영역 사이의 금속 판재 이동 시간에 따른 시간차를 두고 상기 제1 및 제2 검출 영역에서 취득된 영상 데이터를 비교할 수 있다.
상기 제1 및 제2 검출 영역에서 취득된 영상 데이터의 비교 결과, 상기 제1 및 제2 검출 영역 중 어느 한 검출 영역에서만 결함이 검출된 경우 그 결함은 무시할 수 있는 것으로(또는, 그 결함은 없는 것으로) 판정할 수 있다.
또한 상기 제1 제어 처리 단계에서, 각각의 픽셀에 대해, 상기 제1 검출영역 의 결과 데이터값과 상기 제2 검출 영역의 결과 데이터값의 차이를 구하여, 금속판재의 배경에 해당하는 영상 성분을 상쇄할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 깊이 데이터 검출 단계는, 상기 영상 측정장치에 의해 검출된 표면 결함의 깊이 프로파일을 검출하도록, 레이저 스캐너를 사용하여 상기 표면 결함 부위에서 레이저 스캐닝을 행하는 단계; 및 상기 레이저 스캐닝 단계를 통해 검출된 깊이 프로파일에 관한 정보로부터 결함 깊이 결과값을 산출하고 그 결함 깊이 결과값을 기설정된 기준값과 비교하는 제2 제어 처리 단계를 포함한다.
상기 깊이 데이터 검출 단계는, 상기 레이저 스캐닝 단계 전에, 상기 영상 측정장치에 의해 측정된 결함의 위치값에 따라 상기 결함 부위 상으로 상기 레이저 스캐너를 이송장치로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 영상 측정장치에서 검출된 결함 위치 데이터를 사용하여 상기 레이저 상기 이송장치로 하여금 상기 레이저 스캐너를 결함 위치 상으로 이송하도록 제어하는 제어신호를 발생시킬 수 있다.
또한 상기 깊이 데이터 검출 단계는, 상기 레이저 스캐너에 고정 설치된 카메라를 사용하여 상기 결함 부위의 영상을 촬상하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 결함 부위의 영상은 상기 결함 깊이 결과값과 함께 저장부에 저장될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 금속판재 표면 결함 검사장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 1b는 도 1a의 검사장치의 주요부분, 특히 영상 측정장치(100) 및 레이저 결함 깊이 측정 장치(200)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시형태에서는 영상 시스템을 이용하여 스테인레스 강판과 같은 금속 판재의 표면결함을 검출하고, 이어서 검출된 결함의 깊이를 레이저 센서로 측정할 수 있도록 금속 판재 표면결함 검사장치가 구성된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 금속 판재 표면결함 검사장치는, 검사 대상인 금속 판재(예컨대, 스테인레스 강판)의 표면에 결함이 있는가를 판정하기 위한 영상 측정장치(100: vision system)과, 거출된 표면결함의 깊이를 측정하기 위한 레이저 결함 깊이 측정장치(200)를 포함한다.
도 1a를 참조하면, 먼저 스테인레스 강판(예컨대, 1500mm×3500mm)과 같은 금속 판재가 입구측으로부터 나와 강판 이송기구(예컨대, 레일과 오버헤드 홀더를 구비한 오버헤드 이송기(10), 컨베이어 벨트(15) 등)에 의해 이동하여 보호비닐 제거 테이블(15)에서 보호비닐이 제거되고 영상 측정장치(100)가 있는 1차 검사 테이블로 가게된다. 영상 측정장치(100)는 금속 판재(검사 대상) 표면의 영상을 촬상하고, 촬상된 영상 데이터를 분석하여 금속 판재의 표면결함 여부를 판정한다.
영상 측정장치(100)에 의한 표면결함 여부의 판정 결과에 따라, 금속 판재가 분류하는데, 즉 표면 결함이 없는 것으로 판정된 경우 금속 판재는 정상품 출구측으로 이송되고, 표면 결함이 있는 경우 표면결함의 깊이 측정을 위한 레이저 깊이 측정장치(200)로 이송된다. 이러한 금속 판재의 분류는, 오버헤드 홀더 등의 적절한 분류장치를 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 영상 측정장치(100)의 제1 제어부(도 1b의 도면부호 140 참조)는, 오버헤드 홀더(도시 안함)의 구동부에 제어 신호를 전송할 수 있다. 이 오버헤드 홀더 분류장치는 영상 측정장치(100)가 있는 1차 검사 테이블 위에 배치될 수 있으며, 제1 제어부(140)의 제어 신호에 따라 금속 판재를 정상품 출구측 레일 또는 레이저 깊이 측정장치(200)측 레일 중 어느 한쪽의 레일 상으로 배치시킬 수 있다.
영상 측정장치(100)에 의해 표면결함이 있는 것으로 검출된 금속 판재는 턴 테이블(30), 버퍼부(40) 등을 통과하여 레이저 깊이 측정장치(200)가 있는 2차 검 사 테이블로 간다. 레이저 깊이 측정장치(200)는 레이저 스캐닝을 통해 금속 판재의 표면 결함의 깊이를 측정하여 결함 깊이 테이터를 검출한다. 또한 레이저 깊이 측정장치(200)는, 검출된 표면결함 깊이의 결과값(예컨대, 특정 표면결함 영역에서의 결함 깊이의 최대값)을 기준값(예컨대, 30㎛)과 비교하여 대소를 판정할 수 있다. 레이저 깊이 측정장치(200)에 의한 2차적인 검사 과정은 영상 측정장치(100)에 의한 1차적인 검사 과정보다 검사 속도가 낮기 때문에 이송기구의 속도 조절을 위해 레이저 깊이 측정장치(200)의 전단부에 버퍼부(40)를 설치해둘 수 있다.
레이저 깊이 측정장치(200)에 의한 결함 깊이의 결과값과 비교값간의 비교 결과에 따라 금속 판재가 분류되는데, 즉, 결함 깊이의 결과값이 기준값보다 큰 것으로 판정된 경우에는 금속 판재는 최종불량품 출구측으로 이송되고, 결함 깊이의 결과값이 기준값이하인 것으로 판정된 경우에는 금속 판재는 표면 재가공품(repair) 출구측으로 이송된다. 이러한 2차 검사 결과에 따른 금속 판재의 분류 작업은, 전술한 오버헤드 홀더와 같은 적절한 분류장치를 사용하여 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 영상 측정장치(100)를 사용하여 1차적인 영상검출을 통해 표면 결함의 유무를 판정함으로써 검사 속도를 높이고, 레이저 깊이 측정장치(200)를 사용하여 2차적인 레이저 센싱을 통해 금속 판재의 결함 깊이 데이터를 획득하고 기준값과 비교함으로써 검사의 정밀성을 높일 수 있다.
도 1b를 참조하여 영상 측정장치(100) 및 레이저 깊이 측정장치(200)를 좀더 구체적으로 설명한다.
영상 측정장치(100)는 종래의 작업자에 의한 육안검사를 대체하는 수단으로서, CCD 카메라(120)와 같은 카메라를 통해 금속 판재(5)의 표면을 촬상한다. 카메라(120)에 의한 촬상 동안에 금속판재(5)는 예컨대 컨베이어 벨트 상에서 이동할 수 있다. 복수개의 CCD 카메라(120)가 금속 판재(5)의 상면 및 하면 모두를 동시에 촬상할 수 있도록, CCD 카메라(120)는 2개 컨베이어 벨트의 구간 사이에서 금속 판재(5)의 상부 및 하부에 배치될 수 있다(도 2 참조). 금속 판재(5)가 1500mnm의 폭을 가질 경우, 예컨대 500mm 폭 영역을 1개의 CCD 카메라(120)가 측정할 수 있도록 상부에 3개 CDD 카메라를 설치하고 하부에도 3개의 CCD 카메라를 설치할 수 있다. CCD 카메라에 의한 촬상시 금속 판재의 표면을 조명하기 위한 조명장치(110)가 사용될 수 있다.
카메라를 통해 취득된 금속 판재(5)의 표면 영상을 분석함으로써 표면 결함 유무와 표면 결함의 위치를 판정한다. 카메라를 통해 얻은 영상 데이터의 처리 및 분석을 위해, 이미지 그래버(130)와 제어 프로세서(140)를 사용할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, CCD 카메라(120)에 의해 취득된 영상 데이터는 이미지 그래 버(130; image grabber)로 전송된다. 이미지 그래버(130)는 CCD 카메라(120)로부터 수신된 영상 데이터를 픽셀 형태로 디지털화하여 디지털 영상 데이터를 생성한다. 예를 들어, 촬상된 강판 표면부의 각 픽셀에 대응하는 좌표값과 디지털양(예컨대, 수치화된 명도 크기등)의 세트들이 생성될 수 있다. 제어 프로세서를 갖는 제1 제어부(140)는 이미지 그래버(130)로부터 디지털 영상 데이터를 수신하여 금속 판재 표면에 결함(흠)이 있는지와 표면 결함의 위치를 판정한다. 강판 등의 표면에 미세한 흠이 있을 경우 결함 부위에서 음영을 발생시키는데, 디지털양으로 표시된 음영의 세기를 분석함으로써 제어 프로세서는 표면 결함 여부와 그 위치를 판단할 수 있다.
제1 제어부(140)는 분류장치를 구동시키기 위한 PLC(programmable logic controller)를 포함할 수 있다. 표면 결함 여부의 판정 결과에 따라 제1 제어부(140)는 전술한 오버헤드 홀더와 같은 분류장치를 구동시킬 수 있고, 이러한 분류장치의 작동에 의해 금속 판재는 정상품 출구측 및 2차 검사용 테이블측(레이저 결함 깊이 측정장치측) 중 어느 하나로 분류될 수 있다.
레이저 결함 깊이 측정장치(200)는, 레이저 스캐너(210)의 레이저 스캐닝을 통해서 금속 판재 표면 결함의 깊이 프로파일을 획득한다. 레이저 스캐너(210)는 적절한 이송기구에 의해 결함 위치 상으로 이송될 수 있다. 이러한 레이저 스캐너(210)의 이송기구는 제1 제어부(140)와 직접 또는 간접적으로 연결되어, 제1 제 어부(140)에서 산출된 결함의 위치값에 따라 구동될 수 있다. 레이저 스캐너(210)는, 바람직하게는 정밀한 스폿형 레이저(spot laser)를 이용하여 상기 검출된 결함 위치를 기준으로 기설정된 크기의 구간에서 스캐닝할 수 있다. 예를 들어, 레이저 스캐너는, 0.1㎛의 분해능을 갖는 스폿형 레이저를 사용하여 좌우로 2mm의 구간을 스캔할 수 있다.
레이저 스캐너(210)에 의해 검출된 깊이 프로파일에 관한 정보는 데이터 로깅 시스템(230)으로 전송될 수 있다. 데이터 로깅 시스템(230)은, 깊이 프로파일을 예컨대 (x, d) 또는 (x, y, d)와 같은 2차원 또는 3차원 배열 데이터 형태(여기서 x, y는 스캐닝되는 금속 표면의 x 좌표값 및 y 좌표값이고, d는 해당 위치에서의 깊이를 나타냄)로 수집할 수 있다.
제어 컴퓨터 등의 제2 제어부(240)는 데이터 로깅 세스템(230)에 의해 수집된 깊이 프로파일 데이터를 이용하여 깊이 데이터의 결과값(예컨대, 특정 결함 부위에서의 최대 깊이)을 산출한다. 또한 제2 제어부(240)는 산출된 결함 깊이의 결과값을 기설정된 기준값과 비교하여 검사 대상(금속 판재)의 최종 불량 여부를 판정할 수 있다. 또한 제2 제어부(240)는 레이저 스캐너 드라이버(220)에 제어 신호를 보내어 상기 드라이버(220)로 하여금 레이저 스캐너(210)를 구동하도록 제어할 수 있다.
추가적으로, 제2 제어부(240)는 레이저 스캐닝을 통해 얻은 깊이 프로파일을 이용하여 표면 결함의 경향 또는 특성을 분석하고 그 결과를 산출하는 기능을 부가적으로 구비할 수도 있다. 이러한 표면 결함의 경향 또는 특성 분석 결과, 금속 판재의 재사용 또는 재가공이 부적합하다고 판정되면, 이러한 금속 판재도 (설사 최대 결함 깊이가 기준값이하라 하더라도) 최종 불량품으로 판정할 수 있다.
제2 제어부(240)에서 산출된 결함 깊이의 결과값 및/또는 결함 깊이의 결과값과 기준값 간의 비교결과는, 제2 제어부(240)에 연결된 저장부(250), 예컨대 메모리에 저장될 수 있다. 저장부(250)에 저장된 제품 검사 결과, 스테인레스 강판과 같은 제품의 경향을 관리하는 데에 유용하게 사용될 수 있다.
도 2는 일 실시형태에 따른 표면결함 검사장치에 사용되는 영상 측정장치을 나타내는 측단면도이다. 도 2를 참조하면, 조명장치(110)와 CCD 카메라(120)가 외부 광원을 차단하기 위한 차광 박스(105) 내에 설치되어 있다. 이와 같이 차광 박스(105)를 이용하여 외부 광원의 유입을 억제하고 별도의 조명장치(110)를 사용함으로써 표면 결함 검출을 위해 노이즈가 적은 정확한 영상을 얻게 된다. 영상 측정장치(100)의 측정 영역은 상부영역(100a)과 하부 영역(100b)으로 나뉘며, 각 영역(100a, 100b)에 CCD 카메라(120)를 배치함으로써 금속 판재(5)의 상면 및 하면에 대해 각각 표면 영상을 획득할 수 있다. 영상 측정장치(100)는 상하 이송기구(150)에 의해 상하로 이동될 수 있도록 구성되어, 카메라(120)의 위치를 상하로 조절할 수 있다.
도 3a는 도 2의 영상 측정장치의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 AA' 라인을 따라 자른 단면도이다. 도 3a 및 3b를 참조하면, CCD 카메라(120)를 통해 보다 확연한 결함 영상을 얻기 위하여, 조명장치(110)는 통상의 조명방식과 달리 금속 판재(5)의 좌우측에 배치되어 슬릿(110c)을 통해 측면으로 광을 조사하는 측면 광원을 이용할 수 있다. 특히, 측면광원은 슬릿(110c)을 따라 배열된 광섬유 어레이(110a)를 구비할 수 있다. 이에 따라 강판 등의 금속 판재(5) 표면을 따라 매우 균일한 조명 영역(LR)을 얻게 된다. 이러한 측방향의 조명방식은, 금속 판재(5)의 표면에 발생한 미세한 흠(결함)의 깊이에 대하여 더 뚜렷한 음영을 발생시키게 되므로 보다 정확한 영상을 얻을 수 있다. 이러한 뚜렷한 영상의 효과적인 취득은 결과적으로 보다 정확한 검사를 가능하게 한다. 측면 광원에는 할로겐 광원(110b)에 연결되어 측면 광원에 광을 제공할 수 있다.
상기한 측면 조명장치를 이용하여 금속 판재(5) 표면에 조명을 제공하면서 조명 영역(LR) 위에 배치된 CCD 카메라(120)로 금속 판재(5)의 표면 영상을 취득한다. 이러한 영상 취득(촬상) 과정에서 금속 판재(5)는 일정한 속도로 이동하며, 이에 따라 검출대상이 되는 결함 부위도 상대적으로 이동하게 된다. 이 때, 이동되는 미세한 결함의 검출 정확도를 더욱 향상시키기 위해, 서로 다른 2개의 영상처리용 검출 영역(ROI)를 설정하고 이들 2개의 검출 영역에서 얻어지는 영상 데이터의 비 교할 수 있다. 이러한 영상 처리용 검출 영역(ROI)의 배치 방식이 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 금속 판재(5)의 이동 방향으로 따라 배치된 서로 다른 제1 영상처리용 검출 영역(ROI1)과 제2 영상처리용 검출 영역(ROI2)이 설정되어 있다. 각각의 CCD 카메라(120)는, 제1 및 제2 검출 영역(ROI1, ROI2)에서 영상 데이터를 취득할 수 있다. 이 경우, 제1 제어부(140)는 금속 판재(5)의 동일 부분에 대해, 상기 2개의 검출 영역(ROI1, ROI2) 사이의 금속 판재(5) 이동 시간에 따른 시간차를 두고 상기 제1 및 제2 검출 영역(ROI1, ROI2)에서 취득된 영상 데이터를 비교할 수 있다. 그 비교 결과, 제1 및 제2 검출 영역(ROI1, ROI2) 중 어느 한 검출 영역에서만 결함이 검출된 경우 그 결함은 무시할 수 있는 것으로(즉, 그 결함은 없는 것으로) 판정할 수 있다.
예를 들어 설명하면, 검사대상 금속 판재(5)에 표면 결함이 존재할 경우, 영상 데이터 취득과정에서 그 표면 결함은 시간차를 두고 제1 검출 영역(ROI1)과 제2 검출 영역(ROI2)을 지나가게 된다. 이 경우, 제1 검출 영역(ROI1)과 제2 검출 영역(ROI2)에서 차례로 검출된 동일 표면 결함에 대한 영상 데이터가 (시간차를 두고) 얻어지게 된다. 이 때, 제1 제어부(140)에 의해 제1 검출 영역(ROI1)에서는 표면 결함이 존재하는 것으로 검출되고(예컨대, 특정 표면부에 대한 영상 디지털값이 80) 제2 검출 영역(ROI2)에서는 표면 결함이 없는 것으로 검출되는 경우(예컨대, 동일 표면부에 대한 영상 디지털값이 150), 이러한 검출 결과는 신뢰성이 낮은 것으로 평가할 수 있다. 즉, 시간차를 두고 동일 표면부에 대해 발생된 서로 다른 검출 결과는, 외부에서 유입되는 노이즈 등에 의한 것으로 판단할 수 있으며, 이에 따라 제1 검출영역(ROI1)에서만 검출된 표면 결함은 무시할 수 있다(다시 말해서, 그 결함은 실제로는 없는 것으로 판정할 수 있음)
이와 같이 서로 다른 2개의 검출영역(ROI1, ROI2)을 설정하여 시간차를 두고 취득된 동일 표면부에 대한 영상 데이터를 비교 분석함으로써, 영상 측정장치(100)의 검출 정확도를 더욱 높일 수 있다.
또한 제1 제어부(140)는, 각각의 픽셀에 대해, 동시에 취득한 제1 검출영역(ROI1)의 결과 데이터값과 제2 검출 영역(ROI2)의 결과 데이터값의 차이를 구하여, 금속판재의 배경에 해당하는 영상 성분을 상쇄할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 검출 영역(ROI1, ROI2)의 영상 데이터는 겨국 디지털량으로 저장되므로, 제1 제어부(140)는 각각의 픽셀의 고유치의 차이를 구할 수 있다. 즉, 제1 검출 영역(ROI1)의 결과 데이터 배열에서 제2 검출 영역(ROI2)의 결과 데이터 배열을 차감함으로써 각 영역의 데이터값 차이(ROI1의 결과 데이터값 - ROI2의 결과 데이터값)을 구할 수 있다. 이러한 데이터값 차이는, 결함이 없는 하나의 영역에서는 기준값으로 설정되고 결함이 존재하는 다른 영역에 서는 검출값을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 금속 판재의 배경에 해당하는 영상 성분은 상쇄되고 결함부에서만 뚜렷한 데이터값 차이가 얻어지는 효과가 나타난다. 예를 들어, 결함이 없는 부분에서는 데이터값 차이가 거의 O에 가까운 반면, 결함부에서는 데이터값 차이가 70 내지 80일 수 있다.
상기한 바와 같이 각 검출 영역(ROI1, ROI2)의 데이터값 차이를 이용함으로써, 강판(넓게는, 금속 판재)마다 서로 다른 표면의 반사도 및 색상차이를 효과적으로 상쇄할 수 있고 이에 따라 더욱 더 정확한 표면 결함 검출이 가능하게 된다.
도 5는 레이저 결함 깊이 측정장치의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 레이저 결함 깊이 측정장치는, 레이저 스캐너(210)와 함께, 이 스캐너(210)를 이송시키는 이송장치(260, 270)를 구비할 수 있다. 스캐너 이송장치(260, 270)는 x축 이송장치(260)와 y축 이송장치(270)를 포함할 수 있다. 이러한 이송장치(260, 270)로는 예를 들어 이송용 로봇을 사용할 수 있다.
특히, 스캐너 이송장치(260, 270)는, 레이저 스캐너(210)를 결함 위치 상으로 정확히 이송시킬 수 있다. 즉, 영상 측정장치(100)에 의해 측정된 결함의 위치값에 따라 이송장치를 구동시킴으로써, 레이저 스캐너(210)는 상기 결함 위치값에 대응되는 결함 위치 상으로 정확히 이송된다. 이러한 레이저 스캐너(210)의 이송을 위해, 제2 제어부(240)는 제1 제어부(140)에서 산출한 결함 위치 데이터를 수신받 아 이송장치(260, 270)의 구동부에 제어신호를 전송하고, 이 제어신호에 따라 이송 장치(260, 270)는 레이저 스캐너를 그 결함 위치 상으로 정확히 이송할 수 있다.
또한 레이저 결함 깊이 측정장치는, 레이저 스캐너(210)에 고정 설치된 CCD 카메라(215)를 추가적으로 구비할 수 있다. 추가적인 CCD 카메라(215)는 미세한 결함 부위의 영상을 확대하여 촬상하고 그 영상을 작업자에게 보여줄 수 있다. 이 CCD 카메라(215)는, 레이저 스캐너(210)와 동축에 부착되어 레이저 스캐너(210)와 함께 결함 위치로 이송될 수 있다. 추가적인 CCD 카메라(215)에 의해 획득된 결함 부위의 확대 영상은 적절한 저장부(예컨대, 도 1b의 도면부호 250 참조)에 저장될 수 있다. 특히 CCD 카메라(215)를 통해 얻은 결함 부위 확대 영상은 레이저 스캐닝을 통해 얻은 결함 깊이 결과값에 관한 정보와 함께 저장될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 금속판재 표면 결함 검사방법을 간단히 설명한다. 먼저, 도 1b에 도시된 바와 같은 영상 측정장치(100)를 사용하여 금속 판재의 표면 결함의 영상을 취득하고 이를 분석하여 표면 결함 여부를 검출한다(S102). 검출 결과(S104), 표면 결함이 없는 것으로 판정된 경우 정상품 출구측으로 분류 및 이송된다(S106). 표면 결함이 있는 것으로 판정된 경우 레이저 깊이 측정장치측으로 분류 및 이송되어 레이저 깊이 측정 장치에 의한 결함 깊이 검출 과정을 수행한다(S108). 검출된 결함 깊이 결과값을 기설정된 기준값과 비교하고(S110), 그 비교 결과(S112), 검출된 결과값이 기준값을 넘으면 최종불량 품 출구측으로 분류 및 이송하고(S116), 기준값 이하이면 표면 재가공품 출구측으로 분류 및 이송되어 재가공 또는 표면 보수를 수행한다(S114). 각 단계의 특징, 한정 사항들 및 부가적 사항 등은 이미 도 1a 내지 도 5를 통하여 설명하였으므로 이에 대한 설명을 생략한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 영상 측정장치에 의한 1차적 표면 결함 여부 검사와 레이저 결함 깊이 측정장치에 의한 2차적 결함 깊이 데이터 측정 검사를 수행함으로써, 검사 속도와 검사의 정확성을 동시에 확보할 수 있게 된다. 또한 검사의 신뢰성과 재현성이 높아지며, 정확하고 빠른 전수검사가 가능하게 된다.

Claims (23)

  1. 금속 판재의 표면의 영상을 획득하고 획득된 영상을 분석하여 상기 금속 판재의 표면결함을 검출하는 영상 측정장치; 및
    상기 영상 측정장치를 통해 표면결함이 있는 것으로 검출된 금속판재에 대하여, 레이저 스캐닝을 통해 표면결함의 깊이를 측정하여 결함 깊이 데이터를 검출하는 레이저 결함 깊이 측정장치;를 포함하고,
    상기 영상 측정장치는,
    상기 금속 판재의 표면의 영상을 촬상하는 적어도 하나의 CCD 카메라;
    상기 CCD 카메라에 의해 촬상된 영상 데이터를 수신하여 수신된 영상 데이터를 픽셀 형태로 디지털화하기 위한 이미지 그래버; 및
    상기 이미지 그래버로부터 디지털 영상 데이터를 수신받아 표면 결함의 유무 및 결함의 위치를 판정하는 제1 제어부를 포함하며,
    상기 CCD 카메라는, 금속 판재의 이동 경로를 따라 배치된 서로 다른 제1 및 제2 영상처리용 검출영역을 설정하며,
    상기 제1 제어부는 금속 판재의 동일 부분에 대해, 상기 2개의 검출 영역 사이의 금속 판재 이동 시간에 따른 시간차를 두고 상기 제1 검출 영역과 제2 검출 영역에서 취득된 영상 데이터를 서로 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 제1 및 제2 검출 영역 중 어느 한 검출 영역에서만 결함이 검출된 경우 그 결함은 무시할 수 있는 것으로 판정하며, 각각의 픽셀에 대해, 동시에 취득한 상기 제1 검출영역의 결과 데이터값과 상기 제2 검출 영역의 결과 데이터값의 차이를 구하여, 금속판재의 배경에 해당하는 영상 성분을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 측정장치에 의해 표면결함이 있는 것으로 검출된 금속 판재를 상기 레이저 결함 깊이 측정장치로 이송하도록 분류하기 위한 제1 분류장치; 및
    상기 레이저 결함 깊이 측정장치에 의해 검출된 표면결함의 깊이의 결과값이 기설정된 기준값을 넘는 것으로 측정된 금속판재를 최종불량품 출구측으로 이송하도록 분류하기 위한 제2 분류장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상 측정장치는, 정해진 경로 상에서 이동하는 금속 판재의 표면을 조명하기 위한 조명장치를 더 포함하고,
    상기 조명장치와 CCD 카메라는 외부 광원을 차단하기 위한 차광박스 내에 설치된 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조명장치는, 금속판재의 이동경로 좌우측에 배치되어 슬릿을 통해 측면으로 광을 조사하는 측면 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측면광원은 상기 슬릿을 따라 배열된 광섬유 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 결함 깊이 측정장치는,
    상기 영상 측정장치에 의해 검출된 표면 결함의 깊이 프로파일을 검출하도록, 상기 표면 결함 부위에서 레이저 스캐닝을 행하는 레이저 스캐너; 및
    상기 레이저 스캐너를 통해 검출된 깊이 프로파일에 관한 정보를 수신하고 그 프로파일로부터 산출되는 결함 깊이 결과값을 기설정된 기준값과 비교하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는 스폿형 레이저를 사용하여 상기 검출된 결함 위치를 기준으로 기설정된 크기의 구간에서 레이저 스캐닝을 행하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 결함 깊이 측정장치는, 상기 영상 측정장치에 의해 측정된 결함의 위치값에 따라 상기 레이저 스캐너를 상기 결함 위치 상으로 이송시키는 레이저 스캐너 이송장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 결함 측정장치는, 상기 레이저 스캐너에 고정 설치되어 상기 결함 부위의 영상을 촬상하는 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 결함 측정장치는, 상기 결함 깊이 결과값에 관한 정보와 상기 결함 부위의 영상 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사장치.
  15. 영상 측정장치를 사용하여 금속 판재의 표면 영상을 획득하고 획득된 영상을 분석하여 상기 금속 판재의 표면 결함을 검출하는 제1 검출 단계; 및
    상기 표면 결함 검출 단계에 의해 표면 결함이 검출된 경우, 상기 검출된 표면 결함 부위에 레이저 스캐닝을 수행하여 표면 결함의 깊이 데이터를 검출하는 제2 검출 단계;를 포함하고,
    상기 제1 검출 단계는,
    CCD 카메라를 사용하여 금속 판재의 표면의 영상을 촬상하는 단계;
    이미지 그래버를 사용하여, 상기 CCD 카메라에 의해 촬상된 영상 데이터를 픽셀 형태로 디지털화하는 단계; 및
    상기 이미지 그래버로부터 디지털 영상 데이터를 수신받아 표면 결함의 유무 및 결함의 위치를 판정하는 제1 제어 처리 단계를 포함하며,
    상기 촬상 단계에서, 금속 판재의 이동 경로를 따라 배치된 서로 다른 제1 및 제2 영상처리용 검출영역을 설정하며,
    제1 제어 처리 단계에서, 금속 판재의 동일 부분에 대해, 상기 2개의 검출 영역 사이의 금속 판재 이동 시간에 따른 시간차를 두고 상기 제1 및 제2 검출 영역에서 취득된 영상 데이터를 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 제1 및 제2 검출 영역 중 어느 한 검출 영역에서만 결함이 검출된 경우 그 결함은 무시할 수 있는 것으로 판정하며, 각각의 픽셀에 대해, 상기 제1 검출영역의 결과 데이터값과 상기 제2 검출 영역의 결과 데이터값의 차이를 구하여, 금속판재의 배경에 해당하는 영상 성분을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 영상 측정장치에 의해 표면결함이 있는 것으로 판정된 경우, 그 금속판재를 상기 깊이 데이터 검출 단계의 수행 장소로 이송하도록 분류하는 제1 분류 단계; 및
    상기 깊이 데이터 검출 단계에 의해 검출된 표면결함의 깊이의 결과값이 기설정된 기준값을 넘는 것으로 판정된 경우, 그 금속판재를 최종불량품 출구측으로 이송하도록 분류하는 제2 분류 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제15항에 있어서,
    상기 깊이 데이터 검출 단계는,
    상기 영상 측정장치에 의해 검출된 표면 결함의 깊이 프로파일을 검출하도록, 레이저 스캐너를 사용하여 상기 표면 결함 부위에서 레이저 스캐닝을 행하는 단계; 및
    상기 레이저 스캐닝 단계를 통해 검출된 깊이 프로파일에 관한 정보로부터 결함 깊이 결과값을 산출하고 그 결함 깊이 결과값을 기설정된 기준값과 비교하는 제2 제어 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 깊이 데이터 검출 단계는, 상기 레이저 스캐닝 단계 전에, 상기 영상 측정장치에 의해 측정된 결함의 위치값에 따라 상기 결함 부위 상으로 상기 레이저 스캐너를 이송장치로 이송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 깊이 데이터 검출 단계는, 상기 레이저 스캐너에 고정 설치된 카메라를 사용하여 상기 결함 부위의 영상을 촬상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 표면결함 검사방법.
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