KR102073243B1 - 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트리플렉스 설치 영역을 따라 자동으로 움직이는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치와, 트리플렉스 결함 유무의 판단이 가능하고, 결함 분류와 동시에 시각화가 가능한 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법이 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치는 트리플렉스 본딩층을 갖는 구조물에 열에너지를 발생시키는 가진부, 상기 가진부로부터 상기 구조물에 전파되는 열에너지의 이미지를 계측하는 계측부, 상기 계측부에 의해 획득한 열화상 이미지를 전달받아 트리플렉스 본딩층의 결함을 검출하고 분류하는 제어부, 상기 구조물의 트리플렉스 본딩층을 검출하는 센서부, 상기 센서부에 의해 검출된 트리플렉스 본딩층이 있는 위치로 가진부 및 계측부를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

Description

트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치 및 방법 {EXAMINING APPARATUS AND METHOD FOR TRIPLEX BONDING LAYER}

본 발명은 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 멤브레인 가스선 화물창의 트리플렉스 부착공정은 가스탱크의 내측에 소정 간격을 두고 부착된 패널 사이에 트리플렉스를 부착함으로써, 멤브레인(1차 방벽)에 크랙이 발생하여 액화천연가스가 새어나올 경우를 대비하여 2차 방벽을 형성하고자 하는 공정이다.

트리플렉스는 접착 과정 중 다양한 이유로 접착층에 결함(버블, 접착폭 미달, 미경화 및 박리 현상)이 발생되는데 이러한 결함은 2차 방벽의 기밀 성능과 안전성에 영향을 미치기 때문에 이를 사전에 발견 할 수 있는 기술 개발이 필요하다.

현재, 트리플렉스 접착부 품질관리를 위해 다양한 방법으로 검사가 수행 중이나, 전량 수작업이나 접촉식 방법으로 검사가 수행되기 때문에, 검사 수행에 있어 상당한 시간 및 인력이 소요되며, 검사 정확도가 낮은 실정이다.

트리플렉스가 검수 기준에 미달할 경우 기존의 트리플렉스 접착을 다시 수행해야하며, 이러한 재 공정으로 인해 전체 공정이 지연될 뿐만 아니라 추가 비용이 발생하게 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0955035호 대한민국 등록특허공보 제10-0903893호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 트리플렉스 설치 영역을 따라 자동으로 움직이는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치와, 트리플렉스 결함 유무의 판단이 가능하고, 결함 분류와 동시에 시각화가 가능한 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치는 트리플렉스 본딩층을 갖는 구조물에 열에너지를 발생시키는 가진부, 상기 가진부로부터 상기 구조물에 전파되는 열에너지의 이미지를 계측하는 계측부, 상기 계측부에 의해 획득한 열화상 이미지를 전달받아 트리플렉스 본딩층의 결함을 검출하고 분류하는 제어부, 상기 구조물의 트리플렉스 본딩층을 검출하는 센서부, 상기 센서부에 의해 검출된 트리플렉스 본딩층이 있는 위치로 가진부 및 계측부를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법은 트리플렉스 본딩층을 갖는 구조물에 가진부가 열에너지를 발생시키고, 계측부가 상기 가진부로부터 상기 구조물에 전파되는 열에너지의 이미지를 계측하는 열화상 이미지 계측 단계, 제어부가 계측된 열화상 이미지에서의 온도 변화를 추출하여 온도 변화량 누적 이미지를 계산하는 시편 온도 변화량 누적 단계, 상기 제어부가 상기 온도 변화량 누적 이미지에서 영상 노이즈를 제거하는 영상 노이즈 제거 단계, 상기 제어부가 시편에 발생하는 불균일한 온도 분포를 보정하고 온도 분포 패턴을 분석하는 불균일 가진도 보정 단계, 상기 제어부가 정상 영역 대비 시편의 표면 온도가 올라가는 정도를 분석하여 비정상 영역을 추출하는 비정상 영역 추출 단계, 상기 제어부가 임계치 분석을 통하여 각 픽셀 값의 결함을 분류하는 결함 분류 단계, 상기 제어부가 분류된 각 결함의 존재 유무에 따라 이진화 이미지를 계산하는 영상 이진화 단계, 사전에 설정된 폭 기준치 이하의 영역을 제거하여 최종 이미지를 획득하는 폭 기준치 이하 영역 제거 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 넓은 영역에 시공된 트리플렉스를 자동으로 검사할 수 있고, 일정하지 못한 외부 환경 및 표면 반사로 유발될 수 있는 검사 오보를 최소화하고, 분류된 결함 크기를 정량화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법의 각 단계에 의한 이미지를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치(100)는 가진부(110), 계측부(120), 제어부(130), 센서부(140) 및 구동부(150)를 포함할 수 있다.

가진부(110)는 트리플렉스 본딩층을 갖는 구조물에 열에너지를 발생시킬 수 있다.

가진부(110)는 제어부(130)의 제어에 따라 적외선 에너지를 발진하여 상기 구조물의 일부 영역에 열에너지를 생성시킬 수 있으며, 열파 생성 장치를 포함할 수 있다. 상기 열파 생성 장치는 할로겐 램프, 방전 램프, 발광 다이오드, 레이저 중 적어도 하나를 가질 수 있다.

계측부(120)는 가진부로부터 상기 구조물에 전파되는 열에너지의 이미지를 계측할 수 있다. 계측부는 상기 구조물에 전파된 열에너지의 이미지를 획득하는 열화상 카메라를 포함할 수 있다. 계측부(120)가 획득한 열화상 이미지는 제어부(130)에 전달될 수 있다.

제어부(130)는 계측부(120)에 의해 획득한 열화상 이미지를 전달받아 트리플렉스 본딩층의 결함을 검출하고 분류할 수 있다. 제어부(130)는 가진부(110) 및 계측부(120)가 서로 동기화되어 작동되도록 제어할 수 있다.

센서부(140)는 제어부(130)의 제어에 따라 상기 구조물의 일부 영역의 트리플렉스 본딩층 검사가 완료되면, 상기 구조물의 다른 영역의 트리플렉스 본딩층을 검출할 수 있다.

구동부(150는 센서부(140)에 의해 검출된 상기 구조물의 다른 영역의 트리플렉스 본딩층이 있는 위치로 가진부(110) 및 계측부(120)를 이동시킬 수 있다. 더하여, 제어부(130)는 센서부(140)를 통해 이동 중 검사 거리 제어 및 장애물 인식 등을 수행하여 보다 정확한 자동 주행 성능을 가질 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법의 동작을 나타내는 플로우 챠트이고, 도 3 내지 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법의 각 단계에 의한 이미지를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 가진부(110)는 검사를 수행하고자 하는 시편에 열에너지를 주입시킨 이후, 계측부(120)는 트리플렉스 시편에서의 온도 변화를 열화상 카메라로 촬영하면, 도 3의 (a) 내지 (e)와 같이 시간 (t) 영역에서의 다수의 열화상 이미지를 획득할 수 있다(S10). 예를 들어, 초당 1장씩 획득할 수 있고, 예를 들어, 촬영 시작 후, 경과 시간은 (a) 1초, (b) 3초, (c) 5초, (d) 7초, (e) 9초일 수 있다. 열에너지 주입 이후, 미경화 결함 근처에서의 온도 변화는 정상 영역 근처에서의 온도 변화와 차이가 많이 없기 때문에, 별도의 영상 및 신호 처리가 없다면 미경화 결함을 시각화할 수 없다. 따라서, 추가의 영상 및 신호 처리를 통해 미경화 영역을 가시화할 필요가 있다.

제어부(130)는 열에너지 주입에 대한 시편의 온도 변화량을 확인하기 위해, 하기의 수식 (1)과 같이, 각 열화상 이미지의 온도 변화량의 제곱을 누적하여 트리플렉스 시편 온도 변화량의 누적량을 표현하는 온도 변화량 누적 이미지가 도 4와 같이 계산될 수 있다(S20).

수식 (1)

여기서, x는 이미지의 가로 축 픽셀, y는 이미지의 세로 축 픽셀이다. 결국, 트리플렉스 시편에서의 온도 변화량을 1장의 이미지로 확인할 수 있다.

열에너지 주입 이후, 정상 영역과 결함 발생 영역에서의 시편 온도 변화는 3도 이하지만, 검사 트리플렉스 시편 표면에 먼지가 존재할 경우, 해당 영역에서의 시편 온도 변화는 10도 이상으로 매우 크다. 따라서, 먼지가 존재하는 영역과의 상대적인 온도 값 차이 때문에 도 4의 온도 변화 이미지에서 미경화 결함이 시각적으로 두드러지게 표현되지 않는다. 따라서, 제어부(130)는 확률 및 통계 분석을 기반으로 한 임계치 계산을 통해 도 4의 온도 변화 이미지에서 비정상적으로 시편의 온도가 변화하는 지점을 노이즈로 판별하고 이의 온도를 보정한다(S30). 확률 및 통계 분석에는, 시편의 각 픽셀 값들을 오름차순으로 정렬 후, 이를 극값 분석을 위해 자주 사용되는 와이블 분포(Weibull distribution)로 곡선을 추정하게 된다. 이후, 추정된 곡선의 누적 분포가 99%가 되는 지점을 임계값 (Threshold)으로 정의하고, 해당 임계 값 보다 큰 픽셀 값을 하기의 수식 (2)를 이용하여 모든 픽셀 값들의 평균값으로 변환해준다.

수식 (2)

그 결과, 도 5와 같이 영상 노이즈 제거 이미지를 획득할 수 있다.

하지만, 할로겐 램프의 불균일한 열에너지 주입과 시편의 경계조건이 일정하지 않은 이유로, 영상 노이즈 제거 이미지에서도 왜곡된 미경화 결함을 표현하게 된다. 따라서 불균일 가진과 시편의 일정하지 않은 경계조건에 의해 왜곡된 이미지를 보정해 주는 과정이 추가적으로 필요하다. 일반적으로 불균일한 열에너지 주입과 시편 경계 조건에 의한 시편의 온도 분포는 급격하게 변하기보다는 서서히 변하는 경향을 가지게 된다. 따라서, 각 가로축 및 세로축 온도 분포의 경향성 (

)을 하기의 수식 (3)을 이용하여 추정할 수 있다.

수식 (3)

여기서 H, V는 온도 변화 이미지 C의 가로 및 세로 방향의 픽셀 개수이다.

이후, 제어부(130)는 온도 변화 이미지로부터 가로축 및 세로축의 온도 분포의 경향성을 계산한 후, 해당 경향성을 하기의 수식 (4)를 이용하여 온도 변화 이미지로부터 상쇄시키게 되며, 이로써 불균일 가진 보정 이미지(UC)를 도 6과 같이 계산하게 된다(S40).

수식 (4)

다음으로, 시편 가운데 영역은 트리플렉스 본딩이 존재하지 않아 시편 온도가 급격하게 올라가는 부분이 있는데, 제어부(130)는 도 7과 같이 각 행과 열의 온도를 평균한 후 해당 위치를 추적하여 검사 영역에서 제외시킨다.

제어부(130)는 구조물의 형상 및 시편 표면 조건 등 다양한 외부 조건에 의한 온도 변화가 발생한 부분을 보정함으로써 트리플렉스 본딩층 상태에 의한 열 전파 비정상 영역을 추출할 수 있다(S50) .

트리플렉스 본딩층에 열에너지 주입 이후 버블/폭미달 결함 영역에서는 정상 영역 대비 온도가 많이 올라가게 되고, 미경화 결함 영역에서는 정상 영역 대비 온도가 적게 올라간다. 따라서, 하기의 수식 (5)와 같이, 불균일 가진 보정 이미지의 각 픽셀 온도 값이 평균값보다 작은 영역만을 시각화하여 버블/폭미달 시각화 이미지(B)와 미경화 시각화 이미지(C)를 도 8과 같이 계산할 수 있다(S60).

수식 (5)

제어부(130)는 관심 영역만을 추출 한 이후, 도 9와 같이, 와이블 분포 기반의 임계값 분석을 수행하고, 이를 통해 계산된 임계값 기반으로 임계값보다 높은 픽셀 값을 가진 값은 1로, 낮은 값을 가진 값은 0으로 바꾸는 이진화 과정을 하기의 수식 (6)을 기반으로 수행하게 되며, 이로써 이진화 이미지를 도 10과 같이 계산 할 수 있다(S70). 여기서, 임계값 계산은 검사 영역 중 특정 지점이 결함 영역인지 아닌지를 결정하는 계산 과정이라고 할 수 있다. 영상 노이즈 제거 단계(S30)에서 이상치 분석을 위한 통계 분석 방법과 동일한 방법이 사용되었고, 더불어 동일한 와이블 분포를 이용하여 하기의 수식 (6)과 같이 곡선 추정을 수행하였다.

수식 (6)

제어부(130)는 영상 노이즈 제거 이미지에서의 각 픽셀이 표시하는 열화상 카메라의 공간 분해능에 의해 결정되며, 해당 영역을 기반으로 결함으로 판단된 영역의 가로축 길이를 계산할 수 있다. 이를 이용하여, 결함으로 판별된 영역 중 사전에 설정된 기준치 이하의 폭 영역, 예를 들어, 폭 8mm 이하의 영역을 노이즈로 판별하여 제거해 줌으로써 최종 이미지를 도 11과 같이 획득할 수 있다(S80).

제어부(130)는 상술한 방법을 기반으로 트리플렉스 본딩층 결함 검사를 수행 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 넓은 영역에 시공된 트리플렉스를 자동으로 검사할 수 있고, 일정하지 못한 외부 환경 및 표면 반사로 유발될 수 있는 검사 오보를 최소화하고, 분류된 결함 크기를 정량화할 수 있다

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치
110: 가진부
120: 계측부
130: 제어부
140: 센서부
150: 구동부

Claims (6)

1. 트리플렉스 본딩층을 갖는 구조물에 열에너지를 발생시키는 가진부;
   상기 가진부로부터 상기 구조물에 전파되는 열에너지의 이미지를 계측하는 계측부;
   상기 계측부에 의해 획득한 열화상 이미지를 전달받아 트리플렉스 본딩층의 결함을 검출하고 분류하는 제어부;
   상기 구조물의 트리플렉스 본딩층을 검출하는 센서부; 및
   상기 센서부에 의해 검출된 트리플렉스 본딩층이 있는 위치로 가진부 및 계측부를 이동시키는 구동부를 포함하고,
   상기 제어부는 열에너지 주입에 대한 시편의 온도 변화량을 확인하기 위해, 수식

   

   (여기서, x는 이미지의 가로 축 픽셀, y는 이미지의 세로 축 픽셀)에 따라, 각 열화상 이미지의 온도 변화량의 제곱을 누적하여 트리플렉스 시편 온도 변화량의 누적량을 표현하는 온도 변화량 누적 이미지를 계산하고, 상기 온도 변화량에 따라 버블/폭미달 결함 영역과 미경화 결함 영역을 분류하는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 가진부 및 상기 계측부를 동기화되어 작동되도록 제어하는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가진부는 상기 제어부의 제어에 따라 적외선 에너지를 발진하여 상기 구조물의 일부 영역에 열에너지를 생성시키는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 가진부는 할로겐 램프, 방전 램프, 발광 다이오드, 레이저 중 적어도 하나를 갖는 열파 생성 장치를 포함하는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 계측부는 상기 구조물에 전파된 열에너지의 이미지를 획득하는 열화상 카메라를 포함하는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 장치.
   
6. 트리플렉스 본딩층을 갖는 구조물에 가진부가 열에너지를 발생시키고, 계측부가 상기 가진부로부터 상기 구조물에 전파되는 열에너지의 이미지를 계측하는 열화상 이미지 계측 단계;
   제어부가 계측된 열화상 이미지에서의 온도 변화를 추출하여 온도 변화량 누적 이미지를 계산하는 시편 온도 변화량 누적 단계;
   상기 제어부가 상기 온도 변화량 누적 이미지에서 영상 노이즈를 제거하는 영상 노이즈 제거 단계;
   상기 제어부가 시편에 발생하는 불균일한 온도 분포를 보정하고 온도 분포 패턴을 분석하는 불균일 가진도 보정 단계;
   상기 제어부가 정상 영역 대비 시편의 표면 온도가 올라가는 정도를 분석하여 비정상 영역을 추출하는 비정상 영역 추출 단계;
   상기 제어부가 임계치 분석을 통하여 각 픽셀 값의 결함을 분류하는 결함 분류 단계;
   상기 제어부가 분류된 각 결함의 존재 유무에 따라 이진화 이미지를 계산하는 영상 이진화 단계; 및
   사전에 설정된 폭 기준치 이하의 영역을 제거하여 최종 이미지를 획득하는 폭 기준치 이하 영역 제거 단계를 포함하고,
   상기 시편 온도 변화량 누적 단계는 상기 제어부가 열에너지 주입에 대한 시편의 온도 변화량을 확인하기 위해, 수식

   

   (여기서, x는 이미지의 가로 축 픽셀, y는 이미지의 세로 축 픽셀)에 따라, 각 열화상 이미지의 온도 변화량의 제곱을 누적하여 트리플렉스 시편 온도 변화량의 누적량을 표현하는 온도 변화량 누적 이미지를 계산하고
   상기 결함 분류 단계는 상기 온도 변화량에 따라 버블/폭미달 결함 영역과 미경화 결함 영역을 분류하는 트리플렉스 본딩층 결함 검사 방법.
   

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