KR102110399B1 - 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 열화상을 이용한 비파괴 검사 기술로서 기존의 정성적 검사 방법을 향상시켜 정량적 검사법을 수행할 때 정량화 정도를 향상시키고자 하는 것을 목적으로 하는 것으로, 검사체의 표면을 적외선 열화상 카메라로 촬영하고, 상기 촬영된 적외선 열화상을 보정하여, 검사체의 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 있어서, 시험편의 영상을 취득하는 단계(1 단계); 취득 영상의 화소 분포를 측정하는 단계(2 단계); 화소 분포에 따른 화소 기울기를 측정하는 단계(3 단계); 및 상기 기울기를 보정하는 단계(4 단계);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검사체의 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 적외선 열화상을 이용한 비파괴 검사기술로 적외선 열화상 측정 시 카메라의 기하학적인 위치에 따른 왜곡을 보정하여 정확한 열화상을 확보함으로써 비파괴 검사기술을 향상시키고자 하는 것으로 적외선 열화상 보정 방법에 관한 것이다.
적외선 열화상을 이용한 비파괴 검사는 제품의 최종 공정 단계나 사용중인 부품의 비파괴 평가뿐만 아니라, 제조 공정 단계의 평가를 위해서도 매우 유용한 기술로 최근들어서 다양하게 활용되고 있다.
예를 들어, 복합재료 결함 검사의 경우에는, 고전적인 비파괴 검사로 정확한 진단이 힘들고, 대형 구조물의 경우 진단 시간이 오래 걸려 비용 문제가 발생하였으나, 적외선 열화상 카메라에 의한 측정의 경우에는 대형 풍력 터빈 블레이드, 항공기, 기타 산업 구조물을 진단함에 있어서, 기존의 검사방법에 비하여 빠르고 무해한 장점을 가진다.
또한, 페인트 도막 등의 박리 검사 뿐만 아니라, 내부 녹, 페인트 두께 측정이나, 용접 품질 검사 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
적외선 열화상 비파괴 검사는 대상체로부터 방사되는 되는 적외선 에너지의 변화를 직접적으로 측정하거나 외부의 열원을 이용하여 대상체를 가열하고 이때 반응하는 적외선 에너지 변화를 비접촉으로 측정함으로써 대상체에 존재하는 내부 또는 표면 결함을 비접촉으로 측정할 수 있는 것으로 매우 유용한 기술이다.
그렇지만, 적외선 열화상 기술은 물체에서 방사하는 적외선 에너지를 검출하고, 이를 온도로 환산하는 원리로서 물체와 검출 소자 사이에 존재하는 습도, 온도, 기하학적인 오차 등의 환경 변수의 영향이 검출 결과에 영향을 줄 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 보정 기술이 개발되었다. 등록특허공보 제1194023호(특허문헌 1)의 적외선 열화상 해석장치는, 적외선 카메라로 촬영한 적외선 열화상으로부터 온도 구배 이외의 온도 변화의 분포를 추출하여 구조물에 포함되는 결함부와 건전부의 온도차를 명확하게 화상으로 표시하는 것으로, 구조물의 표면에 온도 구배가 발생되어 있다고 해도 구조물에 포함되는 결함 위치를 쉽게 판별하고자 하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 등록특허공보 제1531879호(특허문헌 2)의 적외선 영상 처리 장치는, 적외선 영상의 해상도를 증가시키기 위한 것으로, 감지 데이터를 보정 처리하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 일본 공개특허공보 1998-40367호(특허문헌 3)의 열화상의 왜곡 보정 방법은, 대상물을 정면 이외의 방향에서 적외선 카메라로 촬영한 경우의 열화상의 왜곡을 보정하는 방법에 대한 기술이 개시되어 있다.
또한, 일본 공개특허공보 2017-123003호(특허문헌 4)의 화상처리 시스템, 화상 처리 장치, 화상 처리 방법, 검사시스템 및 프로그램은, 구조물의 적외선 화상을 취득하는 촬상 장치와, 촬상 장치가 취득한 적외선 화상을 고해상도 3차원 영상으로 생성하는 정보 처리 장치를 포함하고, 정보 처리 장치는 적외선 화상을 구성하는 화소를 세분화하여 미소 화소를 생성하고, 촬상 장치의 수차에 의해 화소 위치를 보정하고 미소 화소에 대해서 온도 보정을 하여 미소 화소에 대한 보정에 의하여 결정된 온도를 나누어, 보정에 의해 생성된 온도로 고해상도 화상을 위해 준비한 색을 렌더링하여, 고해상도 화상으로부터 노이즈를 제거하는 기술이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에 기재된 발명은, 검사하고자 하는 대상체가 아니라 대상체 이외의 조건들에 대한 요인을 제거하거나, 또는 해상도 자체를 높이기 위한 것으로, 대상체를 정확하게 촬영하지 못하는 경우의 문제점에 대한 해결은 여전히 이루어지지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 적외선 열화상을 이용한 비파괴 검사 기술로서 기존의 정성적 검사 방법을 향상시켜 정량적 검사법을 수행할 때 정량화 정도를 향상시키고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 적외선 열화상 측정 시 카메라의 렌즈(센서)와 검사 대상체 표면과의 평형(수직)이 맞지 않을 경우, 화상의 왜곡이 일어나는 경우에 이를 보정하여 정확한 정량값을 얻고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 적외선 카메라로 촬영한 수평 및 수직의 왜곡된 이미지를 보정하여, 데이터의 정도를 향상시켜 검사 정밀도를 향상시키고자 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 이루기 위한 것으로, [1] 검사 대상체를 적외선 열화상 카메라로 촬영하고, 상기 촬영된 적외선 열화상을 보정하여, 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 있어서, 검사 대상체의 영상을 취득하는 단계(1 단계); 취득 영상의 화소 분포를 측정하는 단계(2 단계); 화소 분포에 따른 화소 기울기를 측정하는 단계(3 단계); 및 상기 기울기를 보정하는 단계(4 단계);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 관한 것이다.
[2] 상기 [1]에 있어서, 상기 1 단계에서의 검사 대상체의 영상은, 그레이 영상인 것을 특징으로 하는 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 관한 것이다.
[3] 상기 [2]에 있어서, 상기 2 단계에서의 화소 분포의 측정은, 각 픽셀별로 화소값을 측정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 관한 것이다.
[4] 상기 [3]에 있어서, 상기 3 단계의 화소 분포에 따른 기울기를 측정하는 방법은, 상기 그레이 영상에 X축 기울기를 측정하기 위한 다수개의 기준선을 정하여 각각의 기울기를 판단하는 단계(3-1 단계); 상기 그레이 영상에 Y축 기울기를 측정하기 위한 다수개의 기준선을 정하여 각각의 기울기를 판단하는 단계(3-2 단계); 및 상기 각각의 기울기를 평균하여 평균값을 구하는 단계(3-3 단계)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 관한 것이다.
도 1은 적외선의 파장 및 에너지 관계를 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 적외선 열화상 보정 방법의 실시예에 사용된 결함 시험편 사진 영상
도 3은 도 2의 결함 시험편의 그레이 영상
도 4는 도 3의 그레이 영상의 임계값 설정에 의한 흑백 영상
도 5는 도 3의 그레이 영상의 픽셀별 화소값을 나타내는 화소 분포(그레이 영상) 그래프
도 6은 X축 기울기를 측정하기 위한 기준선을 표시한 도 3의 그레이 영상과 기준선의 기울기 값을 나타내는 그래프
도 7은 Y축 기울기를 측정하기 위한 기준선을 표시한 도 3의 그레이 영상과 기준선의 기울기 값을 나타내는 그래프
도 8은 도 5의 화소 분포 그래프 및 X축, Y축 및 X-Y축 기울기를 보정한 화소 분포 그래프
도 9는 도 4의 흑백 영상 및 X축, Y축 및 X-Y축 기울기를 보정한 흑백 영상
도 10은 도 9의 X-Y축 기울기를 보정한 흑백 영상으로부터 X-Y축의 결함부를 측정한 영상
도 11은 도 10의 정방형 결함 시험편의 측정 결과
도 12는 도 10의 원형 결함 시험편의 측정 결과
도 13은 정방형 결함부 및 원형 결함부의 정확도 평가표.
도 2는 본 발명의 적외선 열화상 보정 방법의 실시예에 사용된 결함 시험편 사진 영상
도 3은 도 2의 결함 시험편의 그레이 영상
도 4는 도 3의 그레이 영상의 임계값 설정에 의한 흑백 영상
도 5는 도 3의 그레이 영상의 픽셀별 화소값을 나타내는 화소 분포(그레이 영상) 그래프
도 6은 X축 기울기를 측정하기 위한 기준선을 표시한 도 3의 그레이 영상과 기준선의 기울기 값을 나타내는 그래프
도 7은 Y축 기울기를 측정하기 위한 기준선을 표시한 도 3의 그레이 영상과 기준선의 기울기 값을 나타내는 그래프
도 8은 도 5의 화소 분포 그래프 및 X축, Y축 및 X-Y축 기울기를 보정한 화소 분포 그래프
도 9는 도 4의 흑백 영상 및 X축, Y축 및 X-Y축 기울기를 보정한 흑백 영상
도 10은 도 9의 X-Y축 기울기를 보정한 흑백 영상으로부터 X-Y축의 결함부를 측정한 영상
도 11은 도 10의 정방형 결함 시험편의 측정 결과
도 12는 도 10의 원형 결함 시험편의 측정 결과
도 13은 정방형 결함부 및 원형 결함부의 정확도 평가표.
본 발명은 검사 대상체를 적외선 열화상 카메라로 촬영하고, 상기 촬영된 적외선 열화상을 보정하여, 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 있어서, 시험편의 영상을 취득하는 단계(1 단계); 취득 영상의 화소 분포를 측정하는 단계(2 단계); 화소 분포에 따른 기울기를 측정하는 단계(3 단계); 및 상기 기울기를 보정하는 단계(4 단계);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 관한 것이다.
아래에서는 도면을 살펴보면서, 상기 각각의 단계에 대해서 설명한다.
[1 단계 : 시험편의 그레이 영상 취득]
본 발명의 적외선 열화상 보정 방법을 실시함에 있어서는, 먼저 적외선 열화상 카메라로 검사 대상체를 촬영한다.
도 2는, 본 발명의 적외선 열화상 보정 방법을 실시함에 있어서 사용된 실시예 검사 대상체의 결함 시험편(1) 사진 영상이다. 상기 결함 시험편(1)은 정방형 결함 5개와 원형 결함 4개이다(사진 중앙의 흰 부분은 테이프가 붙여진 것으로, 이 건 시험편과는 관련 없는 것임).
상기 도 2의 상측에는 정방형 결함 5개, 하측에는 원형 결함 4개를 나타내는 것이며, 수치는 결함의 크기를 나타내는 것이다.
본 발명의 1 단계에서는 상기 결함 시험편(1)을 적외선 열화상 카메라로 촬영한 적외선 영상을 그레이스케일 변환(grayscale conversion)하여, 도 3에서 표시한 결함 시험편(1)의 그레이 영상을 취득한다.
[2 단계 : 화소 분포 측정]
상기 그레이 영상을 임계값(threshold value)을 설정하여 흑백 영상으로 변환(binary conversion)하게 되면, 도 4에서 알 수 있는 것과 같이 X축 및 Y축의 기울어진 화소 분포에 의한 영상 잡음이 발생하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 2 단계에서는, 상기 1 단계에서 취득한 그레이 영상을 기초로 도 5에서 알 수 있는 것과 같이, 각 픽셀의 화소값을 측정하고 화소값을 0에서 255까지의 레벨로 표시하여 화소 분포 그래프를 만들고 이를 기준으로 X축 기울기와 Y축 기울기를 찾아낸다.
[3 단계 : 화소 기울기 측정]
도 6 및 도 7에서 알 수 있는 것과 같이, 도 3의 그레이 영상의 수직 방향(X축) 기울기를 측정하기 위한 3개의 수직 기준선(2)을 그어 각각의 기준선에서의 각 픽셀의 화소값 기울기를 측정한다.
또한, 도 3의 그레이 영상의 수평 방향(Y축) 기울기를 측정하기 위한 3개의 수평 기준선(3)을 그어 각각의 기준선에서의 각 픽셀의 화소값 기울기를 측정한다.
또한, 상기 3개의 기준선에서의 각 픽셀의 화소값 기울기를 평균한 평균값을 각각 산출한다.
다만, 본 발명의 상기 실시예에서는 기준선을 3개로 하였으나, 본 발명에서 기준선의 설정은 반드시 3개로 한정하는 것은 아니며, 2개 이상 복수로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 도 6 및 도 7에서 알 수 있는 것과 같이, 수직 및 수평 기울기 평균값은 각각 0.1356/ 0.0972인 것을 알 수 있다.
[4 단계 : 기울기 보정 방법]
아래에서 나타내는 방법으로 적외선 열화상의 수직 방향(X축) 기울기의 보정과 수평 방향(Y축) 기울기를 보정한다.
이 때, X축으로는 480개의 픽셀이 존재하고, Y축으로는 640개의 픽셀이 존재하므로, 모든 픽셀에 대해서 아래와 같은 방법으로 기울기를 보정한다.
① 그레이 영상에서 X축과 Y축을 기준으로 기울기의 평균값을 검출한다.
② 그레이 영상의 X(Y)축 성분에 대해서, X(Y)축 기울기 평균값을 더하거나 빼준다.
③ 그레이 영상의 Y(X)축 성분에 대해서, Y(X)축 기울기 평균값을 더하거나 빼준다.
④ 상기 ②와 ③의 과정을 순차적으로 수행한다.
[X축 기울기 보정 방법]
[Y축 기울기 보정 방법]
도 8은 상기와 같이 1 단계 내지 4 단계를 거쳐 보정된 화소 분포 그래프를 나타내는 것이다.
상기 도 8의 상단 좌측 그래프는 도 5의 그레이 영상의 픽셀별 화소값을 나타내는 그래프이며, 도 8의 하단 좌측 그래프는 도 5의 그레이 영상의 픽셀별 화소값 중에서 수직 방향(X축) 기울기를 보정한 후 X축 및 Y축의 화소 분포를 나타내는 그래프이며, 도 8의 하단 우측 그래프는 도 5의 그레이 영상의 픽셀별 화소값 중에서 수평 방향(Y축) 기울기를 보정한 후 X축 및 Y축의 화소 분포를 나타내는 그래프이며, 도 8의 상단 우측 그래프는 도 5의 그레이 영상의 픽셀별 화소값의 수직 방향(X축) 및 수평 방향(Y축) 기울기를 모두 보정한 후 X축 및 Y축의 화소 분포를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 9는 기울기가 보정된 흑백 영상을 나타내는 것이다.
상기 도 9의 상단 좌측 영상은 도 4의 흑백 영상을 나타내는 것이며, 도 9의 하단 좌측 영상은 도 4의 흑백 영상의 수직 방향(X축) 기울기를 보정한 후의 영상이며, 도 9의 하단 우측 영상은 도 4의 흑백 영상의 수평 방향(Y축) 기울기를 보정한 후의 영상이며, 도 9의 상단 우측 영상은 도 4의 흑백 영상의 수직 방향(X축) 및 수평 방향(Y축)기울기를 보정한 후의 영상이다.
상기와 같이 기울기를 보정한 후의 영상에 의하여 결함 시험편의 영상을 명확하게 파악할 수 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 기울기 보정 방법에 의하여, 결함 시험편의 영상을 명확하게 파악할 수 있는 것으로, 도 10은 도 9의 상단 우측 영상을 확대하고, 또한 결함 시험편의 결함 부위를 확대한 영상을 나타낸 것이다.
상기 도 10의 사진에서 알 수 있는 것과 같이, 결함 시험편에 대해서 수직부 최대 결함 길이(4)와 수평부 최대 결함 길이(6)를 구할 수 있으며, 이들로부터 장방형 또는 원형의 결함 면적(5)의 측정이 가능해 진다.
상기와 같이 확대된 결함 면적(5)은 영상을 통해서 결함 면적(5)의 크기를 측정할 수 있으며, 상기 도 10의 하단부에 나타나 있는 것과 같이, 수직 및 수평 방향에서 가장 큰 픽셀 수를 대상으로 하여, 수직부 최대 결함 길이(4)와 수평부 최대 결함 길이(6)를 측정한다.
구체적으로 살펴보면, 먼저 도 11은 상기 도 10 중에서 정방형 결함을 나타내는 확대도로서, 상단부는 흑백 영상의 결함 부위 확대 영상을 나타내는 것이며, 하단 부분은 각각 수직(X축) 및 수평(Y축) 방향의 결함 크기를 나타내는 것이다.
마찬가지로 도 12는 상기 도 10 중에서 원형 결함을 나타내는 확대도로서, 상단부는 흑백 영상의 결함 부위 확대 영상을 나타내는 것이며, 하단 부분은 각각 수직(X축) 및 수평(Y축) 방향의 결함 크기를 나타내는 것이다.
본 발명의 상기와 같은 기울기 보정 방법에 의하여 결함 시험편의 크기 및 정확도를 측정해 보면, 도 13에서 알 수 있는 것과 같이 정방형 결함 및 원형 결함 모두에 있어서 93% 이상의 정확도를 가지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 명세서에서는 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법으로, 상기 제1 단계 내지 제4 단계에 의하여 이루어지는 것을 설명하고 있으나, 본 발명은 상기의 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상기 발명과 실질적으로 동일하거나 균등한 영역의 발명에까지 권리범위가 미치는 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 기울기를 측정하기 위한 기준선을 3개로 표시하였으나, 상기 기준선은 2개 또는 그 이상으로 할 수도 있다.
1 : 결함 시험편
2 : 수직 기준선
3 : 수평 기준선
4 : 수직부 최대 결함 길이
5 : 결함 면적
6 ; 수평부 최대 결함 길이
2 : 수직 기준선
3 : 수평 기준선
4 : 수직부 최대 결함 길이
5 : 결함 면적
6 ; 수평부 최대 결함 길이
Claims (4)
- 검사 대상체를 적외선 열화상 카메라로 촬영하고,
상기 촬영된 적외선 열화상을 보정하여, 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법에 있어서,
시험편의 영상을 취득하는 단계(1 단계);
취득 영상의 화소 분포를 측정하는 단계(2 단계);
화소 분포에 따른 화소 기울기를 측정하는 단계(3 단계); 및
상기 기울기를 보정하는 단계(4 단계);로
이루어지며,
상기 1 단계에서의 시험편의 영상은, 그레이 영상이며,
상기 2 단계에서의 화소 분포의 측정은, 각 픽셀별로 화소값을 측정하여 이루어지며,
상기 3 단계의 화소 분포에 따른 기울기를 측정하는 방법은,
상기 그레이 영상에 X축 기울기를 측정하기 위한 다수개의 기준선을 정하여 각각의 기울기를 판단하는 단계(3-1 단계);
상기 그레이 영상에 Y축 기울기를 측정하기 위한 다수개의 기준선을 정하여 각각의 기울기를 판단하는 단계(3-2 단계); 및
상기 각각의 기울기를 평균하여 평균값을 구하는 단계(3-3 단계)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법. - 삭제
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Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180069986A KR102110399B1 (ko) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180069986A KR102110399B1 (ko) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법 |
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|---|---|
| KR20190142825A KR20190142825A (ko) | 2019-12-30 |
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Family
ID=69103027
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180069986A KR102110399B1 (ko) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 검사 대상체의 내부 또는 표면 결함을 측정하기 위한 적외선 열화상 보정 방법 |
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| KR (1) | KR102110399B1 (ko) |
Citations (2)
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| KR101380491B1 (ko) | 2007-12-06 | 2014-04-01 | 록히드 마틴 코포레이션 | 레이저-초음파 및 적외선 서모그래피를 이용하는 비파괴적 검사 |
Family Cites Families (5)
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| KR101505738B1 (ko) * | 2013-08-22 | 2015-03-30 | 김용민 | 불량 검사 장치 및 방법 |
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| KR20170123003A (ko) | 2016-04-28 | 2017-11-07 | 덕산하이메탈(주) | 회로개방소자 |
-
2018
- 2018-06-19 KR KR1020180069986A patent/KR102110399B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| KR20190142825A (ko) | 2019-12-30 |
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