KR100950963B1 - 강판 에지부 핀홀 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판 에지부 핀홀 검출 장치에 관한 것으로, 강판의 폭 방향 에지부에 설치되어 광을 조사하는 광원과, 상기 강판을 기준으로 상기 광원의 반대편에 위치하고, 입사부의 중심이 상기 에지부로부터 일정 거리의 상기 강판 내에 위치하도록 설치되며, 입사하는 광의 세기를 검출하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라를 상기 강판의 폭방향으로 좌, 우 이동시킬 수 있게 하는 카메라 이송장치와, 상기 CCD 카메라의 출력을 입력받아 영상으로 처리하는 영상처리장치를 포함하며, 상기 상기 CCD 카메라와 상기 광원에 각각 동일한 편광 방향을 가지는 편광필터가 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래의 핀홀 검출기에서 에지 마스크를 사용함에 의해 미검출 영역이 존재하였던 문제점을 CCD 카메라와 편광필터를 이용하여 미검출 영역을 없앰으로써, 품질 검사률을 향상시키고, 종래의 핀홀검출기에서 문제점인 강판의 에지부에서의 검출오류를 방지하여 사용자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

핀홀, 편광필터, 에지 마스크, 스트립

Description

강판 에지부 핀홀 검출 장치{Apparatus for detecting pin-hole at strip edge without edge mask}

도 1은 일반적으로 핀홀 검출기의 구성도이다.

도 2는 종래의 핀홀 검출기에서의 에지 마스크가 광원의 빛을 검출센서에 도달하지 못하도록 하는 것을 보인 도면이다.

도 3은 강판의 에지부에서의 광원의 영향을 보인 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강판 에지부 핀홀 검출 장치의 구성도이다.

도 5는 편광필터를 사용한 경우에 검출되는 에지부에서의 광원의 신호 특성 그래프 및 이때의 이미지를 보인 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에지부에 존재하는 핀홀을 검출한 결과를 보인 광 검출 특성 그래프 및 이때의 이미지를 보인 도면이다.

본 발명은 제철공정이나 종이, 알루미늄, 필름 등과 같은 제품에 발생하는 강판(strip)의 에지부(edge)에 존재하는 핀홀(pin hole)과 홀(hole)을 검출하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 강판의 에지부에 존재하는 핀홀 및 홀은 제품 성분이나 제조 공정상에서의 문제점으로 발생한다. 즉, 상기 핀홀 및 홀이 발생되는 주된 원인은 제품조직에 포함된 개재물의 탈락과 제조 공정상 특히, 압연할 때 제조기의 압연 하중이나 압연기의 상태가 좋지 않을 때 발생하는데, 이것은 제품화 전에 품질검사를 통하여 완벽한 검출을 해야 한다.

현재, 핀홀 검출기에 사용되는 검출센서는 PMT(Photomultiplier tube), 포토 다이오드(photo diode), 라인스캔 시시디 카메라(line scan CCD camera) 등이 있고, 라인스캔 시시디(CCD: charge coupled device) 카메라의 성능이 향상되어 핀홀 검출능이 향상되고 있다. 그러나, 상기 시시디 라인 스캔 카메라는 강판의 중앙부에 위치한 수 ㎛의 핀홀 검출이 가능하나, 여전히 에지부근에서 수 mm 부분에 존재하는 핀홀을 검출하지 못하는 문제점이 있다.

도 1은 일반적으로 핀홀 검출기의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 핀홀 검출기는 강판(1)의 하측(도면을 기준으로)에 광 검출센서(3)를 설치하고, 강판(1)의 상측(도면을 기준으로)에 광원(2)을 위치시키며, 강판(1)의 두 에지부에 각각 에지마스크(edge mask;4)를 설치한다. 에지마스크는 구동 및 제어장치(5)에 의해 그 구동이 제어된다.

상기와 같이 구성한 상태에서, 종래의 핀홀 검출기는 광원(2)에서 조사(7)한 광이 강판(1)을 통과하여 검출센서(3)에 검출되는지에 따라 핀홀(5)을 존재 여부를 판단한다. 만약, 강판에 핀홀(5)이 존재하면 광(8)은 핀홀(5)을 투과하여 검출센서(3)에 입사하게 된다.

검출센서(3)에서 출력하는 검출 신호는 핀홀 검출기의 프로세서(6)에 전달되어 이후의 동작이 제어된다. 여기서, 종래의 핀홀검출기의 광원으로는 레이저, LED LAMP, 적외선, 자외선 LAMP, 할로겐 LAMP 등의 광원(2)을 사용하고, 검출센서(3)는 PMT(photo multiplier tube), 광 센서, CCD CAMERA 등으로 구성하고 있다.

그런데, 검출센서(3) 중에서 PMT나 광 센서는 광에 대한 감도가 상당히 높아 강판의 에지부를 제외한 중간부의 미소한 핀홀 검출에는 탁월하나, 에지부에 대한 핀홀 검출에는 문제점이 존재한다.

도 2는 종래의 핀홀 검출기에서의 에지 마스크가 광원의 빛을 검출센서에 도달하지 못하도록 하는 것을 보인 도면이다. 도 2에서, 에지 마스크(4)가 가리는 부분(9)(11)은 미검출영역이고 가리지 않는 부분(10)은 검출영역에 해당된다. 종래의 핀홀 검출기에서 에지 마스크(4)로 인한 미검출 영역은 약 3 ~ 10mm 정도이다. 만일 이영역에 홀이나 핀홀이 존재하면 검출이 불가능하다.

도 3은 강판의 에지부(12)에서의 광원의 영향을 보인 도면으로서, 도 3을 통해 종래의 핀홀 검출기가 에지 마스크(4)를 사용하게 되는 원인을 알 수 있게 된다. 즉, 종래의 핀홀 검출기의 광원(3)에서 빛을 조사하면 강판(1)의 에지부에서는 광 산란과 회절현상이 발생하며, 이에 따라 강판의 에지부(12)에서 강판의 안쪽의 일정한 지점까지 광이 넘어가게 된다. 이러한 광의 산란 및 회전현상의 결과로 검출되는 광을 분포가 도면 부호 13에 도시되어 있다.

따라서, 종래의 핀홀 검출기에서 에지 마스크를 사용하여 빛의 산란과 회절현상이 미치는 영역까지 가려주게 된다. 그리고 강판의 폭 변화와 사행이 있을 경 우 좌우 에지부의 위치를 검출하고 에지 마스크가 에지부의 일정위치에 놓이도록 구동장치로 사용하고 있다.

그러나, 종래의 핀홀 검출기는 에지 마스크를 사용함에 따라 에지부에 존재하는 핀홀을 검출 못하고 있으며, 가동시 검출오류가 발생하고 있다. 그 원인으로는 강판의 에지부 상태가 고르지 못하는 경우와, 에지부에 크랙이 존재하는 경우, 에지부에 큰 홀이 있는 경우, 에지 마스크의 이동속도가 강판이 좌우 사행보다 늦은 시 에지부 트래킹(tracking) 못하는 경우에 검출 오류가 발생하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 핀홀 검출기에서 에지 마스크를 사용함에 의해 미검출 영역이 존재하였던 문제점을 CCD 카메라와 편광필터를 이용하여 미검출 영역을 없앰으로써, 품질 검사률을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 강판 에지부 핀홀 검출 장치는, 강판의 폭 방향 에지부에 설치되어 광을 조사하는 광원과, 상기 강판을 기준으로 상기 광원의 반대편에 위치하고, 입사부의 중심이 상기 에지부로부터 일정 거리의 상기 강판 내에 위치하도록 설치되며, 입사하는 광의 세기를 검출하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라를 상기 강판의 폭방향으로 좌, 우 이동시킬 수 있게 하는 카메라 이송장치 및, 상기 CCD 카메라의 출력을 입력받아 영상으로 처리하는 영상처리장치를 포함한다.

상기에서, 상기 CCD 카메라와 상기 광원은 동일한 편광 방향을 가지는 편광필터가 부착되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 강판 에지부 핀홀 검출 장치를 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강판 에지부 핀홀 검출 장치의 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 강판 에지부 핀홀 검출 장치는 2개의 광원(110, 120)과, 2개의 라인스캔 CCD 카메라(210, 220), 2개의 카메라 이송장치(310, 320)와, 영상처리장치(400)를 포함한다.

2개의 광원(110, 120)은 각각 강판(1)의 좌, 우측 에지부측으로 광을 조사하기 위한 것이다. 제1 광원(110)은 강판(1)의 좌측 에지부측에 설치되는데 조사하는 일부의 광이 강판(1)의 좌측 에지부를 벗어나도록 설치된다. 그리고, 제2 광원(120)은 강판(1)의 우측 에지부측에 설치되는데 조사하는 광이 강판(1)의 우측 에지부를 벗어나도록 설치된다.

상기 제1 및 제2 광원(110, 120)은 광이 조사되는 끝단에 편광필터(111, 121)가 부착된다.

두 개의 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)는 강판(1)을 기준으로 각각의 광원(110, 120)의 반대편 측에 설치되어, 강판을 투과하는 광을 입사받을 수 있게 한다. 2개의 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)는 강판 에지부 검출 영역이 강판의 에지부 상태와 사행을 고려하여 약 50mm 내외가 되도록 한다. 즉, 기존의 핀홀 검출기의 에지부 미검출 영역이 약 3-10mm이고, 강판의 사행(좌, 우 횡진)이 일반적으 로 라인에서 최대 20mm 정도이므로, 이를 커버할 수 있도록 하기 위해 검출영역을 50mm로 한다.

여기서, 각 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)의 위치는 강판(1)의 에지부에서 50mm 위치에 카메라의 중심(카메라 렌즈의 중심; L3)에 놓이도록 한다. 즉, A가 50mm가 되게 한다. 그 이유는 카메라에서의 검출 감도가 센서의 중심에서 벗어나면 감도가 떨어지기 때문이다.

한편, 각 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)의 렌즈에는 편광필터(211, 221)가 부착되어 있으며, 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)에 부착된 편광필터(211, 221)와, 광원(110, 120)에 부착된 편광필터(111, 121)는 편광 방향이 동일한 것이 양호하다.

2개의 카메라 이송장치(310, 320)는 2 개의 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)에 연결된다. 즉, 제1 카메라 이송장치(310)는 제1 라인스캔 CCD 카메라(210)에 연결되고, 제2 카메라 이송장치(320)는 제2 라인스캔 CCD 카메라(220)에 연결된다.

2개의 카메라 이송장치(310, 320)는 강판(1)의 폭 방향(도면에서 좌, 우측)으로 이동가능하며, 연결된 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)를 강판(1)의 폭 방향으로 이동시킨다. 카메라 이송장치(310, 320)를 구비하는 것은 강판(1)의 폭이 변하거나, 사행이 있을 경우에 강판(1)의 에지부를 추적하고 이동하기 위한 것이다. 이러한 카메라 이송장치(310, 320)는 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)를 강판(1)의 폭 방향으로 이동시키기 위해, 산업현장에서 일반적으로 채용하는 구조를 갖는다. 예를 들어, 카메라 이송장치(310, 320)는 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)를 지지하는 지지대를 관통하는 다수의 이송축(도시안됨)과, 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)를 이송시키기 위한 동력을 제공하는 이송모터(도시안됨), 및 지지대와 이송모터를 연결하여 이송모터의 동력에 따라 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)가 강판(1)의 폭 방향으로 이송되도록 하는 타이밍 벨트(도시안됨)로 구성할 수 있다.

카메라 이송장치(310, 320)의 구동은 강판(1)의 폭 변화가 50mm 이상이 되었을 경우 또는, 사행이 50mm 이상이 되었을 경우에 구동하여 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)의 렌즈 중심을 이동시킨다.

영상처리장치(400)는 2개의 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)와 전기적으로 연결되어 있으며, 각 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)에서 출력하는 검출 신호 즉, 광신호가 변환된 전기적 신호를 입력받는다.

그리고, 영상처리장치(400)는 2개의 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)로부터 입력받은 신호를 디지털 신호로 변환하고 영상 신호처리하여 화상(image)으로 만들어 사용자 또는 단말기 모니터(미도시)에게 제공한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 강판 에지부 핀홀 검출 장치를 통해 실제 강판의 에지부를 측정하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같은 특성 그래프를 얻게 된다.

도 5는 편광필터를 사용한 경우에 검출되는 에지부에서의 광원의 신호 특성 그래프 및 이때의 이미지로서, 에지부에 핀홀이 없는 강판(1)을 실험 대상으로 하였을 경우에 대한 것이다. 도 5에 도시된 특성 그래프에서, x축은 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)의 센서 화소(pixel)의 위치이고, Y축은 8bit 카메라일 경우의 출력값을 0 ~ 255로 나타낸 것이다.

우선, 광원(110, 120)에 편광필터(111, 121)를 부착하지 않고, 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)에 편광필터(211, 221)를 부착하지 않고 실험하였을 경우에는 도 5에 도시된 그래프(G1)와 같은 광 검출 특성 곡선을 얻게 된다. 그래프(G1)와 같은 특성곡선을 얻게 되는 것은 에지부에서의 광 산란 및 회절현상에 의해 광이 강판(1)의 내부측으로 많이 들어오게 되기 때문이다.

한편, 광원(110, 120)에 편광필터(111, 121)를 부착하고, 라인스캔 CCD 카메 라(210, 220)에 편광필터(211, 221)를 부착한 상태에서 실험하였을 경우에는 도 5에 도시된 그래프(G2)와 같은 광 검출 특성 곡선을 얻게 된다.

그래프(G2)와 같은 특성곡선을 얻게 되는 것은 에지부에서 산란 및 회절현상이 일어나는 광의 일부가 차단되기 때문이다. 즉, 광은 강판의 에지부에서 반사, 산란, 회절이 되어 여러 방향으로 분산되어 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)에 입사하게 되는데, 라인스캔 CCD 카메라(210, 220)의 편광필터(211, 221)에 입사되는 광 중에서 광원(110, 120)에 부착된 편광필터(111, 121)의 편광방향과 동일한 방향의 빛만을 통과시키고 나머지는 차단하게 된다.

따라서, 편광필터를 사용하게 되면, 에지부에서의 광원의 영향을 최소화하여 에지부를 선명하게 측정할 수 있는 장점을 가지게 된다.

여기서, 편광필터를 사용하게 되면, 광원의 세기가 낮아지게 되는 문제가 발생하게 되는데, 이러한 문제점는 카메라의 감도와 광원의 세기를 적절하게 조정함으로써 해결할 수 있다.

도 5에서, 도면부호 B는 편광필터를 사용하여 검출된 광을 영상처리장치(400)에서 이미지 처리하여 나타난 이미지이다. B를 통해 보면, 강판(1)의 에지부를 벗어난 부분은 광이 검출되지 않음을 나타내는 흰색으로 나타나고, 에지부에서 강판의 중심으로 갈수록 반사, 회절, 산란에 의한 광량이 적어지게 되어 점차적으로 검게 나타남을 알 수 있다.

도 5에서, 도면부호 C는 편광필터를 사용하여 검출된 광을 영상처리장치(400)에서 이미지 처리한 이미지를 픽셀 단위로 나타냈을 때를 보인 것이다. 여기서, C와 같은 이미지가 모여서 B와 같은 이미지가 형성됨을 알 수 있다.

이하, 도 6을 참조로 하여 에지부에 핀홀이 존재하는 강판을 실험 대상으로 하여 본 발명의 장치로 측정한 결과를 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에지부에 존재하는 핀홀을 검출한 결과를 보인 광 검출 특성 그래프 및 이때의 이미지를 보인 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 핀홀이 없을 경우에는 에지부에서부터 강판(1)의 중심측으로 갈수록 광량이 적어짐에 따라 카메라(210, 220)의 출력(즉, 광의 세기)이 낮아져야 하나, 도 6에 도시된 바와 같이 핀홀(H1)이 에지부에 존재하는 경우에는 핀홀(H1)을 통해 다량의 광이 통과되므로, 핀홀(H1)의 위치에 대응하는 CCD 센서에서 검출되는 광 신호의 세기는 에지부를 벗어난 위치에 있는 곳과 같은 광 신호 세기를 가지게 된다.

결국, 본 발명은 도 6과 같은 결과를 검출할 수 있게 됨으로써, 강판의 에지부에 존재하는 핀홀을 용이하게 파악할 수 있게 한다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명은 종래의 핀홀 검출기에서 에지 마스크를 사용함에 의해 미검출 영역이 존재하였던 문제점을 CCD 카메라와 편광필터를 이용하여 미검출 영역을 없앰으로써, 품질 검사률을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 종래의 핀홀검출기에서 문제점인 강판의 에지부에서의 검출오류를 방지하여 사용자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 강판의 폭 방향 좌, 우측 에지부 측으로 광을 조사하되 조사되는 광의 일부분이 강판의 폭 방향 좌, 우측 에지부를 벗어나도록 설치되는 한 쌍의 광원과,

   상기 강판을 기준으로 상기 한 쌍의 광원의 반대편에 각각 위치하고, 입사부의 중심이 상기 좌, 우측 에지부에서 50mm 거리의 상기 강판 내에 위치하도록 설치되며, 입사하는 광의 세기를 검출하는 한 쌍의 CCD 카메라와,

   상기 한 쌍의 CCD 카메라와 상기 한 쌍의 광원에 각각 부착되며, 동일한 편광 방향을 가지는 편광필터와,

   상기 한 쌍의 CCD 카메라를 상기 강판의 폭방향으로 좌, 우 이동시킬 수 있게 하는 한 쌍의 카메라 이송장치, 및

   상기 한 쌍의 CCD 카메라의 출력을 입력받아 영상으로 처리하는 영상처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 에지부 핀홀 검출 장치.
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