KR19990022981A - 야금 제품 상의 표면 흠집의 검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

가시광 스펙트럼의 말단에 가까운 파장의 두 개의 간섭광 평행 비임 (13, 14) 으로써 표면을 조사함으로써 흠집을 검출할 수 있다. 두 개의 비임은, 예를들어 레이저 다이오드 (11, 12) 에 의해 발생되며 생성품 표면 (2) 에 실질적으로 직교하는 단일 평면 (P) 내에 놓여 있으며, 그래서 단일광 트레이스 (T) 가 상기 표면에 형성된다. 또한, 상기 비임들은 서로에 대해 어떤 각도로 기울어져 있고 실질적으로 동일한 입사각 (i) 을 가지고 있다. 상기 트레이스를 따른 광도는 상기 표면에 직교하는 방향 (18) 에서 그리고 상기 파장에서, 예를들면 선형 배열 카메라 (17) 의 수단에 의해 측정된다. 예리한 국소적인 광도 감소는 흠집의 존재를 지시한다. 이 방법은 연속 주조 공정에서 나오는 야금 주조생성품 상의 핀홀 또는 스크래치를 검출하는데 사용될 수 있다.

Description

야금 제품 상의 표면 흠집의 검출 방법 및 장치

이러 유형의 흠집은 특히, 강봉 또는 강괴와 같이 연속 주조된 야금 생성품 에 존재한다. 이런 흠집들은 주사구멍일 수 있는데, 보통 핀홀로 칭해지며, 그 표면에 거의 수직인 작은 실린더형 구멍으로 되어 있으며, 그 직경이 수백 마이크로미터 정도, 전형적으로는 대략 500 ㎛ 이며, 그 깊이는 수백 밀리미터 정도 (전형적으로는 10 ㎜ 또는 그 이상) 이다. 따라서 실제로는 깊이는 비교적 깊지만 단면이 적은 구멍이 문제가 되는데, 그 내벽은 표면에 실질적으로 수직이다. 이러한 흠집들은 전통적으로, 주형내에서 주조되는 금속 내에 포획되어 강봉의 표면에 있는 기포의 탈기로부터 결과된다. 또한 그 깊이에 비해 적은 횡단면을 또한 가지는 또다른 흠집들은 예를들면 주형의 하류에서 유도 롤러의 마찰에 의해 생성되고 주조 생성품의 길이 방향으로 펼쳐진 그루브 (groove)의 형태로 나타난다.

이와 같은 흠집들은 수득된 생성품의 품질에 절대적 결함이 되는데, 이런 생성품을 압연하기 전에 예를 들면 연마에 의해 제거되어야 한다. 따라서 이들을 검출하고 이들의 위치를 탐지하고 그로부터 그들의 크기를 평가하는 것이 필요하다. 문제는, 상기 흠집들은 그들의 작은 횡단면으로 인하여 자력법 또는 푸코 (Foucault) 전류법을 기반으로 하여 이런 생성품 상의 흠집을 검출하기 위해 통상 사용되는 방법에 의해서는 일반적으로 검출되지 않거나 잘 검출되지 않는다는 것이다.

게다가 상기 흠집들은 연속 주조 생성품들의 표면 불규칙 정도에 비해 작은데, 기복 또는 돌기로 된 불규칙성은 높이 3 ㎜에 달할 수도 있다.

이미 실험실에서는, 환형으로 설치된 백색 조명에 의해 표면을 조명하고 지면 높이의 입사각으로 표면을 조명하여 상기 흠집들을 검출하는 것이 시도되었는데, 그 흠집들은, 표면의 관측 동안, 표면의 일반 조명에 비하여 감소된 광도 지역으로서 나타났다. 그렇지만, 이러한 방법은, 커다란 크기의 장치가 필요하다는 것, 그리고 주조 생성품의 진행하는 도중에 그 라인 상에서 사용할 정도로 만족스런 신속 조건에서 흠집의 검출이 실현될 수 없다는 것의 이유로 산업적인 수단으로서 적용할 수 없는 것으로 밝혀졌다. 게다가, 불가피한 주변 조명의 변동이 일부 흠집들의 비검출이나 애매한 흠집 들의 검출을 야기한다.

본 발명은 야금 제품의 표면에 나와 있고 그들 단면에 비해 비교적 큰 깊이를 가지고 있는 오목한 형태의 표면 흠집의 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.

첨부된 도면들은 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 부합하는 핀홀 검출 장치의 투시도.

도 2는 그 검출 조작 동안에 그러한 핀홀을 포함하는 표면 대역의 확대 단면도.

도 3은 그 검출 때에 장치의 카메라에 보여지는 영상을 나타내는 도면.

도 4는 카메라의 광다이오드에 의해 방출되는, 도 3의 영상에 대응하는 신호를 나타내는 도면.

본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 제거하고, 흠집의 검출, 특성화 및 위치 포착의 필요성과 양립할 수 있고 신뢰성있는 방식으로, 불규칙 표면을 갖는 생성품 상에서 주사바늘 또는 미세 줄무늬와 같은 흠집을 검출할 수 있게 해주는 것이다.

고려된 목적으로써, 본 발명은 표면을 0이 아닌 입사각으로 조명하여 표면 광도에 비하여 감소된 광도 대역으로 나타나는 흠집을 찾아내는 유형의, 연속 주조 생성품과 같은 야금 생성품의 표면에 있는 흠집의 검출 방법을 목적으로 하는데, 이것은, 표면을 가시 영역의 말단 부근에 위치하는 파장의 광선의 두 개의 평행 광속선에 의해 조명하고, 두 개의 광속선은 전술한 표면에 거의 직교하는 동일 평면 내에 위치하여 단하나의 광 트레이스를 전술한 표면에 창출하고 거의 동일한 입사각으로써 서로서로쪽으로 비스듬히 유도되며, 그리고 전술한 파장에서, 그리고 전술한 표면에 직교하는 방향 (18) 에서, 전술한 광 트레이스를 따른 광도를 측정하며, 국소적인 강한 광도 감소가 흠집의 적발임을 특징으로 한다.

두 개의 광속선의 조합은, 부각되어 있는 표면 거칠음 또는 불규칙성이 존재하는 경우에, 흠집의 부재하에서는 그림자 창출을 피하여 트레이스의 길이 상에서 거의 균일한 표면 광도를 보장한다. 대조적으로, 검출하기를 바라는 것, 즉 횡단면에 비해 깊이가 깊은 핀홀 또는 공동 유형의 흠집의 존재 하에서는, 광속선들은 그 구멍들의 깊이를 조명하지 못하며, 그리고 관측 방향이 관찰되는 표면에 거의 수직이기 때문에 상기 흠집들은 전술한 트레이스에서 어두운 대역의 형태로 보이게 된다. 그래서, 생성품의 진행 도중에 신속하고 신뢰성 있는 방식으로 핀홀 유형의 모든 흠집들을, 표면 불규칙성의 검출을 배제하면서 검출할 수 있다. 게다가, 가시 광선 말단 영역에 위치하는 파장, 바람직하게는 650 내지 670 ㎚에서 작업하면, 있을 수 있는 주변 조명의 변동에 의해 검출이 혼란되는 것을 피한다.

본 발명은 또한 야금 생성품의 표면에 있는 오목한 흠집들의 검출 장치를 목적으로 하는데, 상기 장치는 가시광 영역 말단 부근에 예정된 파장의 두 개의 광원 (11, 12), 및 전술한 광원에 의한 표면 광도를 전술한 평면 (P) 내에 위치하는 조준 방향 (18)에서 측정하는 수단 (17)을 포함하며, 전술한 광원은 평면 광속선 (13, 14) 을 방출하고 동일점에 모이는 (concurrent) 일반적인 방출 방향 (15, 16) 을 가지며, 상기 광속선들이 전술한 생성품의 길이방향의 진행 방향 (F) 에 거의 직교하는 동일 평면 (P) 내에 위치하도록 배치되어 있으며, 전술한 측정 수단은 전술한 파장에 집중되는 필터 (20) 를 장착하고 있으며, 전술한 광원의 방향 (15, 16) 은 전술한 조준 방향 (18) 에 대해 대칭임을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 특징 및 장점은 연속 주조 강봉 상의 핀홀의 검출 장치 및 그의 사용의 예로서 주어진 설명에서 보여질 것이다.

도 1 의 도면에, 길이 방향 (화살표 F) 으로 진행하고 있는 강봉 (3) 의 면 (2) 상에 있는 핀홀 (1) 의 검출을 위해 사용되는 검출 장치가 도식적으로 표현되어 있다.

장치는, 혼성 처리선 (15, 16) 으로 표현된 일반적인 방향이 거의 표면 (2) 에 위치하는 지점 (A) 에서 그 폭의 중간 쪽으로 모이는 납작한 광속선 (13, 14) 을 방출하는 다이오드 레이저 (11, 12) 로 구성되는 두 개의 간섭광 광원을 포함한다. 그 장치는 또한 전술한 광속선들에 의해 유발되는 표면의 광도를 측정하는 수단을 또한 포함하는데, 이것은 선형 광다이오드 회절격자를 갖는 카메라 (17) 또는 선형 CCD 카메라로 구성된다.

카메라 (17) 의 조준 방향 (18) 은 표면 2 에 직교하며 지점 (A) 을 지나간다. 표면 (2) 에서 카메라의 거리는 그의 측정 시야 (줄친 지역 (19))가 표면 (2) 의 폭을 고려하여 충분히 적은 각도를 가질 수 있도록, 그 관찰 방향이 상기 전체 폭에 걸쳐 그 표면 (2) 에 직교인 것으로 간주될 수 있도록 충분히 선택된다.

두 개의 다이오드 레이저 (11, 12) 및 카메라 (17) 은 진행 방향 (F) 에 거의 직교인 동일 평면 (P) 에 위치하며, 두 개의 광속선 (13) 및 (14) 는 동일하게 카메라의 광다이오드망과 동일한 상기 평면에 위치한다.

다이오드 레이저 (11, 12) 는 650 내지 670 ㎚ 사이의 파장에서 바람직하게 발광한다. WOOD 램프와 같이 가시광 스펙트럼의 또다른 말단 쪽에 또한 위치하는 파장, 예를들면 365 ㎚ 에서의 발광하는 광원을 또한 사용할 수 있다.

그렇지만, 다이오드 레이저의 사용은 개인에게 위험성이 없는 파장에서 작동한다는 것, 감소된 설치 공간 및 매우 작은 에너지 소모 등의 이점을 나타내는데, 그러한 다이오드의 출력은 20 mW 정도이다. 상기 다이오드 레이저에 의해 제공되는 조명은 수십센티미터의 폭을 가지는 표면이 콘트롤되기에 충분하다. 더 큰 크기의 생성품을 위해서, 더 강한 출력의 레이저 발생기를 이용할 수 있다.

또다른 주변광 방사를 제외하고는 다이오드에서 유래하고 표면 (2) 에서 반사된 방사를 포획하도록 카메라 (17) 는 다이오드 레이저의 파장에 대해 중심잡은 필터 (20) 를 장착하고 있다.

카메라 (17) 는 예를들면 신속 주사 (500 ㎲) 시에 2,048 포인트를 갖는 선형 카메라이다. 그리고 50 ㎝/s 의 생성품 진행 속도에 대해서, 500 ㎛ 의 해상도 (두개의 연속 측정 사이의 생성품의 이동 거리에 해당) 를 수득할 수 있으며, 이것은 이런 크기 정도의 횡단면을 보여주는 흠집의 신뢰성있는 검출을 보장할 수 있다.

게다가, 허용가능한 신호/잡음 비율을 얻고 허위 경고음을 방지하기 위하여, 카메라 (17) 의 광다이오드 셀의 포화 한계에서 작동하게 하는 것이 필요하다. 이런 사실로, 만일 본 발명에 부합하여 순응된 파장의 광원 및 카메라에 대한 대응 필터를 사용하지 않는다면, 상기 셀들은 허위 경고음을 발하거나 셀들을 현혹시키거나 그것을 효력없이 만드는 주변 조명의 사소한 변동에 매우 민감하게 변화한다. 가시광 영역 말단에 가깝고, 관습적인 주변 백색 조명에서 신뢰성있는 파장에서 간섭광의 사용, 그리고 카메라의 목적에 대해 순응된 밴드 통과 필터의 사용은, 그 장치가 전술한 주변 조명의 변동에 의해 용이하게 혼란되지 않는다는 것으로 결과된다.

다이오드 레이저에 의해 방출되는 광속선의 입사각 (i) 은 바람직하게는 30° 내지 60°, 특히 바람직하게는 40°이다. 이는 도 2 를 참조하여 더 잘 이해될 수 있으며, 상기 각도는 검출하기를 바라는 흠집의 크기 특성의 함수로 결정된다.

상기 도면에서, 거의 실린더형인 구멍의 형태로 있는 핀홀 (1) 이 확대 단면도에서 표현되어 있다. 상기 핀홀이 광속선 (13) 및 (14)의 평면 (P) 을 지나갈 때, 광선 (13', 14') 는 구멍 바닥 (31) 에는 도달하지 않고 따라서 이것은 음영으로 남아있고 광속선 (13, 14) 에 의해 표면 (2) 상에 창출되는 트레이스 (T)에서 불연속성을 형성한다. 실제적으로, 상기 트레이스는 핀홀 (1) 의 가장자리 (32) 상에서 계속되는데, 그러나, 핀홀의 경우에는, 상기 가장자리는 생성품의 표면 (2) 에 거의 수직이기 때문에, 그리고 카메라의 조준 방향 (18) 이 또한 상기 표면에 거의 수직이기 때문에, 카메라 (17) 은 흠집에 관하여 광선을 인지하지 않는다. 만일 가장자리 (32) 가 나팔모양이면, 상기 가장자리의 경사도 및 입사각 (i) 을 고려하면 입사 광선이 구멍 (1) 의 바닥에 도달하지 않는 측정에 있어서, 동일하게 될 것이라는 것은 용이하게 이해될 수 있다. 역으로, 만일 구멍 (1) 의 깊이가 횡단면에 비해 비교적 적다면, 그리고 입사각 (i) 이 작다면, 구멍의 바닥을 적어도 부분적으로 조명할 수 있으며, 이러한 흠집은 검출되지 않는 위험을 지니게 된다. 입사각 (i) 을 증가하면, 따라서 검출 민감도도 증대된다. 게다가, 돌기 (5) 로 구성되는 표면 불규칙성을 표현하는 도 2 의 우측 부분에서 볼 수 있는 바처럼, 어떠한 입사각일지라도, 상기 돌기는 그들 두가지 면의 위에서 광속선 (13, 14) 중의 적어도 하나에 의해 조명되며, 따라서 검출되지 않을 것이다.

실제로, 만일 입사각 (i) 가 대략 60°를 넘어서면, 검출은 매우 섬세해지지만 거칠음이 허위 경고음을 발하는 위험성을 나타내는데, 이는 상기 거칠음의 음영이 보여지게 될 수 있기 때문이다. 만일, 대조적으로, 입사각 (i) 이 대략 30°아래로 감소되면, 민감도는 급속히 감소하는데, 이는 구멍 바닥이 더 많이 조명된다는 위험성이 있기 때문이다.

도 3 에서, 핀홀 (1) 의 존재 하에 카메라에 의해 보여지는 트레이스 (T) 의 영상 (41) 을 나타내는데, 여기서 이것은 어두운 지역 (42) 의 형태로 보여지게 된다. 대응하는 전기 신호 (51) 는 도 4 에 표현되어 있는데, 여기서 핀홀의 존재가 상기 신호의 중대한 감소 (52) 에 의해 위치확인된다.

흠집의 부재 시에, 상기 신호는 생성품의 표면의 폭에 대응하는 부위 전체에 걸쳐서 거의 일정하다는 것을 주목한다. 실제로, 다이오드 레이저에서 나오고 표면 (2) 에 의해 받아들여지는 광에너지의 분배는 중심점 (A) 에 비해 대칭적이 아님에도 불구하고, 광속선의 경사로 인해, 두 개의 광속선의 조합은 상기 대칭을 복원시키도록 유도하며 트레이스 (T) 의 모든 지점에서 반사되는 에너지의 매끄러움을 보장한다. 그래서, 카메라의 광다이오드가 포화 상태 근처에서 작동한다는 사실과 결합하면, 광다이오드에 의해 방출되는 신호는 핀홀의 부재 시에 회절격자의 전체 길이에 걸쳐 거의 일정하며, 이것이, 핀홀이 중앙 쪽으로 있든지 표면 (2) 의 가장자리 쪽으로 있든지간에, 일정한 검출 감도를 보장한다.

본 발명의 특별한 구성에 따르면, 전술한 조명 감소가, 생성품의 진행 동안 행해지는 두 번의 연속 측정 때에 전술한 트레이스에 걸쳐 동일한 위치에서 인지될 때에만 그 검출이 정당화된다. 그래서, 두 번의 연속 측정이 예전에는 매우 절박한 것을 고려하면, 그리고 결론적으로 생성품의 진행 도중에 행해지는 두 개의 연속 측정 때에 동일한 흠집이 필연적으로 보인다는 것을 고려하면, 검출시 임의의 잡음을 흠집으로서 간주하는 것을 방지한다.

또다른 구성에 따르면, 하나의 측정에 의해 검출된 흠집의 횡단면을 결정하고, 전술한 트레이스를 따른 조명의 표현 신호 (51) 상에서, 신호 (52) 의 폭은 전술한 조명 감소에 해당한다.

바람직하게는, 흠집의 횡단면을 측정할 수 있기 위해서, 장치는 예정 시작점보다 열등한 세기의 조명을 이행하는 인접 광다이오드의 수의 계산 수단 (21) 을 포함한다. 유사하게, 회절격자 내의 상기 광다이오드의 위치의 위치결정 수단 (22) 은 검출된 각 흠집의 횡단 위치를 결정할 수 있게 해준다. 게다가, 각 결점의 길이방향 위치를 생성품 상에 지정하는 수단 (23) 이 설치되어 있는데, 예를들면 생성품 상에 페인트칠로 표지하는 시스템이 있으며, 검출 장치에 의해 조종되며 생성품의 진행 방향에 대해 그 하류에 위치한다.

이러한 수단들이, 한편으로는 생성품 상의 흠집을 그 복원을 목적으로 로칼화시킬 수 있게 해주거나, 또는 생성품의 조립체 상에 흠집의 통계학적 상황을 설정할 수 있게 해주는데, 상기 뒤의 것은 품질 지수를 구성한다.

바람직한 변형예에 따르면, 검출은 생성품의 전체면에 걸쳐 동시에 행해지며, 상기 기술한 바와 같은 검출 장치는 각각의 면에 대해 지정되어 있다. 이런 경우에, 상기 장치들은, 두 개의 면들에서 비교 광속선들이 서로 방해하지 않도록 하기 위해 길이 방향으로 어긋나게 되어 있으며, 인접한 두 개의 면들 위에 있는 광속선의 트레이스 (T, T') 는 예를들면 대략 10 ㎜ 로 어긋나 있다.

Claims (12)

1. 표면을 0 이 아닌 입사각으로 조명하여 표면 광도에 비하여 감소된 광도 지역으로 보이는 흠집을 찾아내는 유형으로서, 연속 주조 생성품과 같은 야금 생성품의 표면 (2) 에 있는 오목한 형태의 흠집 (1) 의 검출 방법에 있어서,

   표면을 가시 영역의 말단 부근에 위치하는 파장의 광선의 두 개의 평행 광속선 (13, 14) 에 의해 조명하고, 이 두 개의 광속선은 상기 표면 (2) 에 거의 직교하는 동일 평면 (P) 에 위치하여 단하나의 광 트레이스 (T) 를 상기 표면에 창출하고 거의 동일한 입사각 (i) 으로써 서로서로쪽으로 비스듬히 유도되며, 그리고 상기 파장에서, 그리고 상기 표면에 직교하는 방향 (18) 에서, 상기 광 트레이스를 따른 광도를 측정하며, 국소적인 강한 광도 감소가 흠집의 적발임을 특징으로 하는 검출 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 파장은 650 내지 670 ㎚ 임을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 또는 2 항에 있어서, 상기 입사각 (i) 은 30°내지 60°임을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 내지 3 항중 어느 한항에 있어서, 상기 광도 감소가 생성품의 진행 동안 연속적으로 행해지는 두 번의 측정 때에 상기 트레이스 상의 동일한 위치에서 인지될 때에만 검출이 정당화됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 내지 4 항중 어느 한 항에 있어서, 검출된 흠집의 크기를, 한 번의 측정에 의해, 상기 트레이스를 따른 검출의 표현 신호 (51) 상에서 결정하며, 신호 (52) 의 폭은 상기 광도 감소에 대응함을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 내지 5 항중 어느 한 항에 있어서, 생성품의 복수의 면들에 동시적으로 적용되며, 각 면의 트레이스 (T, T') 들은 길이방향으로 어긋나있음을 특징으로 하는 방법.
7. 야금 생성품 (3) 의 표면 (2) 에 있는 오목한 형태의 흠집의 검출 장치에 있어서,

   가시광 영역 말단 부근에 예정된 파장의 두 개의 광원 (11, 12), 및 상기 광원에 의한 표면 광도를 상기 평면 (P) 내에 위치하는 조준 방향 (18)에서 측정하는 수단 (17) 을 포함하며, 상기 광원은 평면 광속선 (13, 14) 을 방출하고, 동일점에 모이는 일반적인 방출 방향 (15, 16) 을 가지며, 상기 광속선들이 상기 생성품의 길이방향의 진행 방향 (F) 에 거의 직교하는 동일 평면 (P) 내에 위치하도록 배치되어 있으며, 상기 측정 수단은 상기 파장에 집중되는 필터 (20) 를 장착하고 있으며, 상기 광원의 방향 (15, 16) 은 상기 조준 방향 (18)에 대해 대칭임을 특징으로 하는 검출 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 입사각 (i) 은 30°내지 60°임을 특징으로 하는 장치.
9. 제 7 또는 8 항에 있어서, 상기 파장은 650 내지 670 ㎚ 임을 특징으로 하는 장치.
10. 제 7 내지 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 (11, 12) 은 다이오드 레이저임을 특징으로 하는 장치.
11. 제 7 내지 10 항중 어느 한 항에 있어서, 광도 측정 수단은 선형 광다이오드 회절격자를 갖는 카메라 (17) 를 포함하고, 예정된 시작점보다 열등한 세기의 광도로 이행된 인접 광다이오드의 수를 계산하는 수단 (21), 및 검출된 흠집들의 길이 방향의 위치를 생성품 상에 지정하는 수단 (23) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 7 내지 11 항중 어느 한 항에 따른 장치를 면마다 포함하며, 상기 장치들은 길이방향으로 서로 어긋나게 되어 있음을 특징으로 하는, 야금 생성품의 모든 면에 있는 흠집 검출 조립체.