KR20030029135A - 이동하는 표면의 온라인 특성화 방법 및 그를 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동하는 표면, 바람직하게는 합금화 아연도금 시트 금속의 인라인 특성화 방법(캐릭터리제이션)에 관한 것이다. 상기 방법은 본질적으로, 스트로보스코픽 레이저 조사, 위치제어 조립체, 이미지들을 포착하고 처리하기 위한 세트를 구비한다. 얻어지는 시야는 그 폭이 125 ㎛ 내지 2,000 ㎛ 사이에서 변화되며, 공간 해상도는 0.5 ㎛ 이상으로 되고, 시스템 집속은 밀리미터까지 정확하게 된다. 이미지들은 1 m/s 내지 20 m/s 사이의 속도로 이동하는 제품으로부터 취하여지며, 10 ns 이상의 조사 시간을 갖는 스트로보스코픽 조사에 의해 일시 정지된다. 결과적으로 얻어지는 이미지들은 수개의 단계들을 거쳐서 처리된다. 첫번째로, 평균 배경 레벨이 각각의 현재 이미지로부터 제거되기 위해 일차적으로 균일하게 평가된다. 그리고나서, 처리된 이미지는 수개의 대역들로 나누어진다. 각각의 대역에 대해, 선명도가 평가되며 저장된다. 후속적으로 얻어지는 결과들에 가중치를 두기 위해 전체 선명도 계수가 마찬가지 방식으로 계산된다. 이미지내에서 객체들의 최대값을 검출하기 위해 최대 엔트로피 방법에 의해 동일한 영상이 이진화된다. 합금화 아연도금된 스틸 스트립의 경우에, 무게중심이 너무 낮은 선명도 계수를 갖는 대역과 관계되는 특정의 객체가 제거된다. 객체들은 매우 큰 것, 큰 것, 작은 것 및 결정들로 분류되고, 분류되지 않은 객체들은 제거된다. 그리고나서, 교정에 의해 설정되는 상관 함수는 코팅물내에 존재하는 철의 백분율을 제공한다.(상관도: 0.85).
Description
수많은 적용 분야들에 있어서 스틸이 주된 구조 재료로서 사용된다는 것은 잘 알려져 있다. 스틸의 높은 기계적 강도, 그리고 성형, 용접 및 보호적인 또는 장식적인 코팅물들의 적용에 대한 스틸의 적합성은 기술상 중요도가 장시간동안 인정되어온 상태량들이다. 또한, 스틸의 유리한 단가 및 높은 재활용 가능성도 마찬가지로 경제적인 관심의 대상이 되어 왔다.
특히, 스틸은 자동차 구조에 있어서 매우 널리 사용되며, 최근 개발된 고강도 스틸은 특히 연료 소모를 감소시키고 그에 따라 오염물질 배출량을 줄임으로써 차량 무게를 감소시키고 그에 따라 환경의 더욱 효과적인 보호를 가능케 하고 있다.
그러나, 스틸은, 자동차의 경우 특히 제빙용 소금과 같은, 다양한 공격적인 물질들에 의해 부식에 처하여지기 때문에, 여러해동안 그 저항 특성들을 유지하기 위해서는 보호되어야 한다.
스틸을 부식으로부터 보호하기 위해 사용되는 수많은 재료들중, 아연은 당업자에게 잘 알려진 그 희생적인 거동에 특히 기인하여, 특별한 관심의 대상이 되어 왔다. 산업적인 표준에 있어서, 두개의 주요한 기술들이 스틸상에 아연을 석출시키기 위해 현재 사용되고 있는 바, 전해 증착과 "고온" 또는 "침지" 함침으로서 알려진 함침 방법이다.
자동차 산업에 있어서, 이동하는 자동차의 무게를 감소시키기 위해 증가적으로 더욱 많은 내성을 띠고 더욱 얇게 되는 시트들에 대한 요구가 증가되고 있을 뿐만 아니라; 부가하여, 용접 및 도장에 더욱 적당하고 더욱 양호한 내부식 성능을 제공하는 철-아연 코팅물을 얻기 위해, 자동차에서 사용되는 아연 코팅물들이 스틸내의 철과 종종 합금화될 것에 대한 요구가 증가되고 있다.
아연 또는 아연 합금의 상기 코팅물들은 이하와 같이 요약될 수 있는 연속적인 단계들에 의해 인가된다:
- 그 최종적인 사용을 위해 요청되는 기계적인 상태량들을 부여하고 후속적인 고온-침지 아연도금 단계에 순응하도록 시트의 표면 화학성을 부여하기 위해, 시트를 연속적으로 재결정 어닐링하는 단계,
- 용융 아연 또는 0.25% 미만의 알루미늄을 포함하는 아연 합금의 조(bath)내에서의 고온-침지 아연도금을 포함하는 단계, 및
- 최종적으로, 합금화, 즉, 처리("아연도금 + 어닐링")를 위한 "아연도금 어닐" 또는 "합금화 아연도금"을 위해, 어닐링을 수행하므로써, 철-아연 합금의 층이 형성될 수 있도록 하는 단계.
현재 널리 사용되고 있는 바와 같은, 합금화를 위한 상기 어닐링은, 아연도금된 스트립이 코팅 조로부터 방출되자마자 상기 아연도금된 스트립을 재가열하는 과정을 구비하며; 이에 따라, 석출된 아연 층과 기판의 철 사이에 확산 어닐링 현상이 발생되어, 대체로 7 내지 13%, 이상적으로는 9 내지 11.5%의 철을 포함하는철-아연 합금을 얻게 된다.
상기한 바와 같은 합금화 아연도금 코팅을 수행한 후에, 스틸은 양호한 페인트 고착성, 높은 내부식성, 및 특히 점용접시 양호한 용접성을 나타낸다.
그러나, 상기 합금화 아연도금된 스틸이 프레스 성형에 처하여 졌을 때 분말화 또는 박리와 같은 결함들로부터 항상 자유롭지는 못하다는 점에 주목하여야 한다. 이러한 결함들은 합금화 아연도금된 제품의 제조 공정의 재가열 시기중 형성되는 철-아연 금속간 화합물의 조성 및 구조와 직접적으로 연관된다. 이러한 다양한 상들(철-아연, 철-알루미늄 또는 철-알루미늄-아연)의 형성 및 성장 반응과정은, 처리된 기판을 형성하는 스틸의 화학적 조성, 코팅 조의 화학적 조성, 및 가열 사이클의 특성들, 즉, 시간, 온도 및 시간의 경과에 따른 온도의 진전을 포함하는 특성들과 같은 작업 조건들을 정의하는 파라미터들과 연관된다.
상기한 요소들을 감안할 때, 합금화 아연도금 공정의 최적 모니터링은, 가능하게는 표면에 형성되는 합금내의 철의 함량을 분석되는 파라미터로서 고려하면서, 스틸 표면상에 형성되는 코팅물의 특성들에 관한 실시간 인식을 필요로 한다.
철 성분의 온라인 결정에 기초하는 이러한 접근 방법은, 특히, 센서들, X-레이 게이지들 및 다른 요소들과 관련하여 주로 발달되었고; 모든 경우에 있어서, 합금화 아연도금된 스틸 스트립들에서 실시되었을 때, 해결책에 도달할 수 있고 신뢰할 만한 결과들을 항상 제공하는 것은 아니었다.
이러한 분야에 있어서 대부분의 연구는, 합금화 아연도금된 스틸의 표면에 인가되는 열 사이클의 함수로서 형성되는 합금내의 철 성분의 범위내에서 성장 반응과정을 모델링하는 것과 관련된다. 이러한 접근 방법으로부터 유도되는 알고리듬은, 조사중인 산업 라인을 나타내는 다른 파라미터들을 설명하면서, 상기 작업중 수행되는 가열 사이클중 일회 이상 온도 측정을 행하고 얻어진 것으로 추정되는 철의 성분을 갖는 측정된 값 또는 값들을 상관화하므로써 합금화 아연도금 작업의 모니터링을 가능하게 하며, 상기 파라미터들은 상기 라인의 모델링으로부터 유도되는 모니터링 알고리듬에 포함된다.
이러한 방법은, 합금화 아연도금 공정의 최종 시기, 즉 합금이 형성될 때, 다시 말해서, 시트가 높은 방사율 ε(ε> 0.7)을 가질 때에는 비교적 용이하지만, 방사율 ε이 매우 낮아서(ε< 0.3) 합금화 아연도금된 시트가 매우 빛나게 되는, 가열 사이클의 최초 절반 동안에 있어서는, 실시하기가 어렵게 된다. 상기한 방법은 실험실내에서 수행되는 국부화된 측정들에 근거한 간접적인 모니터링에 여전히 의존하며, 산업 라인에 있어서 폐기물을 저감시키기 위한 합금화 아연도금 작업의 신속한 체킹을 허용하지는 못한다.
본 발명은, 이동하는 표면, 특히 합금화 아연도금 처리를 겪은 연속적으로 이동하는 스틸 스트립 표면을 온라인 특성화하기 위한 방법, 및 그 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 산업적인 공정들을 온라인 모니터링하기 위한, 즉 작업 현장에서 바람직하게는 연속적으로 그리고 실시간적으로 온라인 모니터링하기 위한 수단의 개발과 관련된다. 이러한 본 발명은 때때로 그리고 사후에 행하여지는 체킹과는 반대되는 것이며; 상기 체킹의 결과는 단지, 정밀한 특성들을 얻기 위해 그리고 더욱 특별하게는 체킹중 관찰되는 결함들을 피하기 위한 목적으로, 후속적으로 얻어질 제품들을 위한 작업 파라미터들을 적합화하기 위해서만 사용될 뿐이다.
본 발명은, 압연된 또는 코팅된 스트립들의 경우에 있어서와 같이, 얻어지는 제품의 표면 특성들을 직접적으로 모니터링하거나, 또는 압연 롤들의 경우에 있어서와 같이, 사용되는 장비의 상태를 모니터링하거나를 불문하고, 수많은 제조 공정들, 특히 야금 공정들에서 사용될 수 있다.
이하의 설명에 있어서, 본 발명의 과제로서, 표면의 특성화 방법에 대한 설명은, 통상적으로 "합금화 아연도금 처리된 스트립"으로서 언급되는, 아연도금 작업 및 어닐링 작업에 처하여지는 스틸 스트립의 제조에 그 중심이 맞추어진다. 그러나, 이러한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명은 전술한 바 있는 공정들을 포함하는 다른 제조 공정들에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법을 실시하기 위해 사용되는 조립체의 개략적인 정면도.
도 2는 도 1의 조립체에 대한 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 방법을 실시하기 위해 사용되는 조립체의 개략적인 작동다이어그램.
도 4는 다양한 온도에서 처리되는 스틸 스트립상에 화학적으로 계량화되는 철의 변화과정 및 본 발명의 방법에 따라 계산되는 철의 백분율을 나타내는 그래프.
본 발명의 목적은, 합금화 아연도금 공정에 처하여지는 스틸 스트립 표면에 대한 가시적인 현미경 관찰에 의해 얻어지는 이미지들을 분석한다는 점에서 혁신적인 접근에 기초하는 방법을 제공함에 있다. 문제의 이미지들을 얻기 위해 요청되는 조립체의 기본적인 원리는 그 자체로서 알려져 있으며 이하의 간행물에 기재되어 있다:
합금화 아연도금된 스트립의 특성화(Characterisation of galvannealedstrip)
Moreas, G; Hardy, Y
Centre de Recherches Metallurgiques (Belgium)
Advanced Sensors for Metals Processing 12-27 August 1999
ISSN: 0-919086-92-6.
본 발명의 과제인 특성화 방법은, 간접적인 모니터링과 연관되는 상기한 바와 같은 문제점들을 갖지 않으며; 현미경적인 가시화에 의해 얻어지는 이미지의 처리후 철의 성분에 비례하는 또는 분말화 레벨에 더욱 직접적으로 비례하는 (이들 두개의 변수들은 강하게 상관됨) 신호를, 상기 방법이 용이하게 실시될 수 있는 기존의 코팅 라인들의 생산성을 저해하지 않으면서 간단하고 경제적인 방식으로, 얻을 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 방법은 표면에서 나타나는 철-아연 상을 직접적으로 특성화할 수 있도록 하고 그 철-아연 상을 이미지 화일의 형태로 저장할 수 있도록 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하기로 한다.
본 발명에 따라, 이동하는 표면, 바람직하게는 합금화 아연도금된 시트를 온라인 특성화하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법에 있어서는, 바람직하게는 > 5 mm인 긴 작업 거리를 갖는 대물 렌즈(2), 카메라 적용 렌즈, 예컨대 CCD 카메라(3)와 같은 아날로그 또는 디지털 출력을 갖는 카메라, 밝은 시야형 및/또는 레이저(4)를 구비하는 어두운 시야형 조사 장치, 거리 센서(5), 및 Z축을 따른 변위거리 즉 시스템의 정확한 집속을 허용하기 위해 현미경의 광축을 따른 변위거리상에서 작동하는 모터가 구비된 하나 이상의 산업 현미경(1)으로 구성되는, 조립체 A가 사용된다. 상기 조립체 A는, 두개의 요소들 (B) 및 (C) 즉 예컨대 회전 테이블들(B) 및 (C)를 구비하는, 조립체 D로서 언급되는, 조립체상에 장착되며, 상기 조립체 D는 광축(Z)이 관찰되는 표면(S)을 갖는 평면에 수직하게 위치되는 것을 허용한다. 상기 수단은 바람직하게는 두개 이상의 모터 구동식 회전 테이블들(B) 및 (C)을 구비하며, 이러한 회전 테이블들(B) 및 (C)은 그들의 상호작용에 의해 현미경의 광축(Z)이 조사되는 표면(S)을 갖는 관찰 평면에 수직하게 위치되는 것을 허용한다. 상기 조립체 A를 수반하는 상기 조립체 D에는 가능하게는 내진 시스템이 제공되며, 이러한 내진 시스템은, 산업적인 연속 어닐링 및 아연도금 라인에서 발견되는 바와 같이, 상기 조립체가 금속 프레임으로부터 격리되는 것을 허용한다. 상기 내진 시스템은 상기 조립체를 지지하여야 하고, 상기 형태의 산업적인 공정에 있어서 종종 나타나는 다양한 진동에 처하여 진다.
- 최소한 이하의 작업들을 수행하도록 허용되는 컴퓨터를 바람직하게는 구비하는 수단들이 조립된다:
ㆍ광축의 위치를 제어하기 위한 수단들, 즉, 예컨대 광축(Z)을 따른 거리를 조절하고 테이블들(B) 및 (C)의 위치를 제어하기 위한 모터 또는 모터들을 모니터링하는 단계,
ㆍ현미경의 대물 렌즈(2) 및 조사되는 표면(S) 사이의 거리를 모니터링하는 단계,
ㆍ상기 레이저 조사 장치(4)상에서 이동하는 단계,
ㆍ취할 이미지를 결정하고 비동기적 작업에서 카메라들과 함께 작동할 수 있는 하나 이상의 프레임 그래버 카드를 제공하는 단계,
ㆍ이미지들을 처리하고 분석하는 단계, 및
ㆍ가능하게는 진단 정보를 출력하고 결과를 기록보관저장하는 단계.
본 발명에 따른 방법은 본질적으로 하나 이상의 이하의 작업들이 수행되는 것을 특징으로 한다:
- 특성화될 표면(S)을 포함하는 이동하는 물체의 위치가 결정되며 그 위치 결정은 시간에 따라 반복될 수 있도록 이루어지며; 이동하는 스틸 스트립의 경우에, 상기 스트립은 바람직하게는 상기 스트립상의 장력에 의해 롤의 표면에 인가되고;
- 광축(Z)이 미시 눈금으로 조사되는 표면(S)을 포함하는 평면에 수직하도록 현미경(1)이 위치되며; 실린더(6)상으로 통과되는 이동하는 스틸 스트립(S)의 경우에, 시스템의 광축(Z)은, 바람직하게는 실린더의 축선(7)과 직교되는 방식으로 교차되며, 표면(S)을 지지하는 스트립과 실린더(6) 사이의 제 1 접촉 라인과 표면(S)을 지지하는 스트립과 실린더(6) 사이의 마지막 접촉 라인 사이에 봉입되는 호 성분내에 배치되어, 제품이 실린더(6)의 형상을 완전하게 포함하고 그러므로 그 표면의 위치가 롤 및 표면(S) 그 자체의 위치의 함수로서만 표현되는 롤상의 지점에 위치되고;
- 상기 광학 시스템은 선명한 이미지를 얻도록 집속되며;
- 특성화될 표면은 스트로보스코픽형 조사장치에 의해 조사되며, 이하의 계산에 따라 그 값이 결정되는 조사 시간을 갖는 스트로보스코픽 레이저 조사장치(4)가 바람직하게는 사용되고,
t = d/V ㎲
상기 식에서 V는 m/s로 나타내어진 제품의 선형 속도이고, d는 시야에 관련되면서 그 자체적으로 용도에 따라 요청되는 해상도에 의해 정의되는 카메라 픽셀의 치수이며 이러한 치수는 합금화 아연도금된 표면에 대해 예컨대 1 ㎛와 같이 ㎛로서 주어지고, t는 제품이 d ㎛를 이동하기 위해 소요되는 시간이며;
tmax의 값은, 이동하는 객체의 정지화면을 잡기 위해서는, 객체가 픽셀의 1/4의 거리만큼 이동되기 위해 필요한 시간보다 많지 않은 시간동안 객체가 조사되어야 한다는 것을 나타내는 관습화된 규칙에 따라 정의되고, 이에 따라, 얻어지는 이미지에 있어서 흐려지는 현상이 발생되지 않으며;
- 조사를 위해 사용되는 비임의 코히어런스(coherence)를 파괴하기 위해 별도의 수단이 사용되고, 이러한 수단은 바람직하게는 하나 이상의 디퓨저를 구비하며;
- 하나 이상의 집속된 이미지가 취하여지고;
- 표면(3)의 이미지들은 전자적인 프레임 그래버 카드에 의해 비동기적으로 포착되며; 실린더상에서 이동하는 스틸 스트립의 경우에, 상기 실린더가 항상 설계 허용오차들과 연관되는 편심도를 갖는 것으로 가정할 때, 대물 렌즈 및 관찰 평면 사이의 거리가 바람직하게는, 검사 지점에서의 선형 이동 속도의 함수인 시간 사이클에 따라 변화되고; 상기 시스템은, 집속 거리가 실린더의 편심도와 연관되는 거리 변화의 범위이내에 있도록, 위치되어, 관찰 표면이 집속 위치를 주기적으로 통과하게 되며;
- 포착되는 이미지들은 실시간으로 처리되고 분석되며; 이러한 처리는 바람직하게는, 포착된 이미지를 평균 레벨의 조사시에 발생될 수 있는 모든 변화로부터 그리고/또는 제품에 연관되는 반사도의 효과로부터 자유롭게 하기 위한 하나 이상의 작업을 포함하고, 이러한 작업을 수행하므로써 배경이 제거되며;
- 이미지는 얻어지는 이미지의 품질, 예컨대 상기 이미지의 선명도 레벨을 결정하기 위한 기준을 마련하므로써 실시간으로 분석되고, 상기 이미지는 바람직하게는 l*m 대역들로 나누어지며, l 및 m은 아연도금된 스틸 스트립을 분석하는 경우 바람직하게는 6 내지 10 사이의 값을 갖고, 각 대역에는 선명도 파라미터 ni가 할당되며, 상기 파라미터 ni는 각 대역에 대해 평가되고, 그 후속적인 처리를 위해 고려되고 있는 이미지의 허용 또는 거절을 위한 기준으로서 작용하는 전체 선명도 계수가 계산되며;
- 일련의 작업들이 수행되어 포착된 이미지내에 존재하는 다양한 객체들을 격리시키고 자격요건을 부여하며;
- 객체가 흐려진 대역, 즉, 기준 ni< 사전정의된 선명도 문턱값 L을 만족하는 대역에 속하는 경우 객체가 제거된다는 사실을 고려하여 상기한 바와 같이 식별된 객체들상에서 제 1 선별 작업이 수행되며;
- 그리고나서, 그들의 표면 및 그들의 치수들의 함수로서 잔존하는 객체들상에서 제 2 선별 작업이 수행되고;
- 그들 각각의 숫자는 이하의 식을 적용하므로써 상기 전체 선명도 계수에 의해 가중화되며,
p = (Σpi)/(l*m)
상기 식에서, ni< L이면 pi= 0이고, 그렇지 않으면 pi= 1이며,
ni는 대역 i의 계산된 선명도 계수이고, L은 실험실에서의 교정에 의해 또는 배경이 제거되는 수많은 이미지들에 기초해서 얻어지는 사전정의된 선명도 문턱값이며, pi는 대역 i의 가중 계수이고, p는 전체 선명도 계수이고,
이미지내에서 발견되면서 동일한 그룹에 속하는 것으로 결정되는 객체들의 각각의 갯수 N이 이하의 식으로 나타낸 바와 같이 전체 선명도 계수에 의해 가중화된다는 점이 가정되는 바,
Nfinal= N/p이고,
상기 식에서, Nfinal은 분석된 이미지의 흐려진 대역들을 감안하여 고려된 객체들의 최종 갯수를 나타내며;
- 전체 선명도 계수가 최소값 pmin으로서 결정되는 바람직하게는 0.5인 값보다 작은 경우, 분석된 이미지는 제거되고;
- 선행 선별 작업들중 얻어진 값들은 검사된 표면의 특성들, 예컨대 철의 성분, 분말화, 결정들의 밀도를 결정하기 위해 사용된다.
이하, 선명도 계수를 계산하는 일예를 제시하는 바,
이고, 상기 식에서, pixeli[k][j]는 대역 i에서의 링크 k와 칼럼 j의 픽셀 값이다.
상기 방법에 있어서, 이하의 사항들에 관한 특정의 정확성을 제공하는 것이 바람직하다:
집속
작업 거리는 관찰되는 표면과 대물 렌즈의 정면 사이의 거리이다.
시스템의 집속을 위해 두개의 사항들이 고려된다.
한편으로는, 시스템은 초기에는, 광축이 관찰되는 표면에 가능한한 완벽하게 수직하도록, 위치가 제어된다.
다른 한편으로는, 기술적인 제한에 기인하여 허용가능하게 되는 작은 시야 깊이를 상정할 때, 정확한 이미지는, 관찰되는 표면의 미시적인 크기상에서 토포그래피(topography)의 평균 레벨이 이하의 값들에 의해 정의되는 비교적 좁은 간격, 바람직하게는 중간 범위에 있을 때에만, 얻어질 수 있으며; 오늘날, 5 ㎛ 내지 15 ㎛의 시야 깊이를 갖는 10 mm 내지 30 mm의 작업 거리들은 기술적으로 가능하다. 그러므로, 표면 및 센서 사이의 거리는 매우 정확하고 매우 재현가능한 방식으로 측정되어야만 한다.
또한, 광축(Z)은 관찰되는 표면(S)에 가능한한 수직하게 유지되어야 한다.
본 발명에 있어서, 상기 두개의 위치제어 작업들((Z) 축 및 대물 렌즈(2)와 표면(S) 사이의 거리)은 자동적으로 수행된다. 초기의 위치제어 작업은, 특히 설치가 재시작되거나 그리고/또는 시스템이 너무 많은 흐려진 (예컨대 > 50%의) 이미지들을 분석하거나 그리고/또는 센서 및 제품 사이의 거리에 있어서의 변화가 현재 기술에 의해 허용되는 변화 범위 즉 5 내지 15 ㎛의 시야 깊이밖에 있을 때, 규칙적인 간격으로 수행된다.
관찰 평면에 수직한 광축의 위치 제어는 두개의 회전 테이블들 및 거리 센서에 의해 수행될 수 있다. 이러한 방법은 각각의 테이블의 이동을 위해, 거리 신호가 그 최소값에 있도록 시스템의 위치를 제어하는 것으로 구성된다.
시스템 및 실린더 사이의 거리 조절에 관한 한, 두가지 방법들이 사용된다. 이러한 두가지 방법은, 실험실내에서 미리결정된 집속값에 기초한 절대적인 위치제어, 및 다른 위치들에서 얻어지는 이미지들내의 콘트라스트 분석에 기초한 더욱 정확한 위치제어이다. 최종적으로, 그리고나서, 검사되는 제품의 변위 모드로 조사를 적합화시킴으로써, 이하에 설명하는 바와 같이 집속되는 이미지들이 취하여진다.
조사
관찰될 제품이 이동되고 요구되는 배율이 큰 경우, 이미지를 정지시키고 이미지상의 스트리킹(streaking) 효과를 피하기 위해, 스트로보스코픽 형태의 조사장치가 필요하게 된다. 조사 시간은 양호한 예에 있어서 픽셀의 1/4에 일치하는 거리를 이동하기 위해 필요한 시간보다 커서는 아니된다.
예컨대, 긴 작업 거리(20 mm) 및 7 ㎛의 시야 깊이를 갖는 20x 대물렌즈에 결합되는 768 x 576 픽셀 CCD 카메라, 2 m/s의 속도 및 190 ㎛의 시야 길이를 가지고 이동하는 제품에 대해 250 ㎛ x 190 ㎛의 시야를 제공하는 5x 카메라 적용 렌즈를 고려할 때, 카메라 픽셀의 1/4은 0.08 ㎛의 시야에 일치한다.
상기 거리를 이동하기 위해 필요한 시간은 0.08*1/(2*106) = 40 ns이다.
10 m/s의 속도 및 800 ㎛의 시야 길이를 가지고 이동하는 제품에 대해 상기 카메라를 고려할 때, 카메라 픽셀의 1/4은 0.35 ㎛에 일치한다.
상기 거리를 이동하기 위해 필요한 시간은 0.35*1/(10*106) = 35 ns이다.
상기 조사 시간들을 고려할 때, 결론적으로 레이저 조사 장치가 사용되어야만 한다.
두개의 디퓨저들이 또한 사용되며, 제 1 디퓨저는 한편으로는 레이저 비임을 확장시키며 그 코히어런스의 특정 부분을 파괴하며, 다른 한편으로는 입력되는 섬유를, 너무 집속되어 섬유에 손상을 가할 수 있는, 비임에 노출시키는 것을 방지한다. 제 2 디퓨저는 또한 레이저 비임을 확장시키고 마찬가지로 그 코히어런스의 특정 부분을 파괴한다. 두개의 디퓨저들 및 광학 섬유의 결합에 의해, 레이저 비임의 코히어런스를 파괴하는 것이 가능하게 되며 형성된 이미지의 레벨에서 간섭 현상의 발생이 방지된다.
예컨대 합금화 아연도금된 시트들의 경우에, 이미지 포착은 프레임 그래버 카드에 의해 비동기적으로 형태로 발생된다.
시스템이 편심도를 가지고 실린더를 향하도록 위치될 때, 대물렌즈 및 관찰 평면 사이의 거리는 검사 지점에서의 선속도의 함수인 시간 사이클에 따라 변화한다.
초기에, 시스템은, 집속 거리가 실린더의 편심도와 연관하여 거리변화 구간의 중간 부분에 있도록, 위치가 제어된다. 이러한 방식으로, 관찰 표면은 주기적으로 집속 위치를 통과한다. 이 위치는, 요구되는 거리에 도달되었을 때 이미지 포착 및 레이저 조사를 트리거링하는 컴퓨터에 의해, 연속적으로 평가된다.
선속도 및 주기적인 집속에 의해, 초당 1 내지 3 이미지의 이론적으로 최소인 포착 주파수가 얻어진다.
이미지들의 처리 및 분석
포착된 이미지들은 실시간으로 처리되고 분석된다.
제 1 단계에 있어서, 배경을 제거하여 제품의 조사 또는 반사의 평균 레벨에 있어서 모든 변수를 제거하므로써 처리가 수행된다.
이미지가 l*m 대역들로 분할된 후에, 선명도 파라미터 ni가 각각의 대역에 대해 평가되며, 전체 선명도 계수 p가 마찬가지로 계산된다.
최종적으로, 일련의 작업들을 수행하므로써, 이미지내에 존재하는 다양한 객체들을 격리시키고 자격요건을 부여하는 것이 가능하게 된다. 객체가 흐려진 대역에 속하면(ni< 선명도 문턱값 L), 그 객체는 계수과정에서 제거된다. 잔존하는 객체들은 최종적으로 그들의 표면 및 그들의 치수들의 함수로서 선별되며, 그들의 각각의 숫자는 상기 전체 선명도 계수 p에 의해 가중화된다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 실시예에 따라, 배경의 방해에 따른 영향은, 각각의 픽셀에 귀착시킴으로써 형성되는 이미지를 계산하므로써 시스템의 응답성을 정기적으로 재평가하는 것에 의해 제거되며, 대응되는 픽셀들의 값의 산술 평균은고려되고 있는 모든 이미지들, 예컨대 50개의 이미지들에 대해 얻어진다. 이러한 평균은 모든 포착된 이미지들에 공통적인 배경의 이미지에 일치하며, 상기 평균은 각각의 포착된 이미지로부터의 픽셀에 의한 감산된 픽셀이며 그 조사를 표준화하고 이에 따라 레이저, 카메라 등과 같은 측정 시스템의 특정 구성 부분품들의 드리프트(drift)중에 취하여진 이미지일지라도 사용가능하게 되고, 상기 배경은 가능하게는 시스템이 초기화될 때 또는 연속적인 방식으로 계산되며, 새로운 이미지는 매 0.5 초마다 입수가능하다.
본 발명의 과제를 구성하는 방법의 다른 실시예에 따라, 얻어진 이미지는 한편으로는, 조사가 표준화된 후에 예컨대 (768/1)*(576/m) 픽셀들의 l*m 대역들로 분할되며; 대역들 i의 각각에 있어서, 선명도 파라미터 ni는 이러한 선명도 파라미터 ni를 얻기 위해 하나의 픽셀로부터 근접한 픽셀로의 레벨에 있어서의 차이들을 절대값으로서 합산하므로써 하나의 픽셀로부터 근접한 픽셀로의 전이를 이용하여 계산된다. 다른 한편으로, 전체 선명도 계수 p는 각각의 대역상에서의 시험에 기초해서 설정되며; 최종적으로 각각의 선명도 파라미터 ni는 검사된 제품의 함수로서 사전에 결정된 문턱값과 비교되고; 선명도 파라미터 ni가 상기 문턱값보다 작으면, 대역 i는 0으로서 계수화되며, 반대의 경우 대역 i는 전체 선명도 계수 p내로 1/(l*m)으로서 계수화된다.
본 발명의 과제를 구성하는 방법의 다른 실시예에 따라, 얻어진 이미지는 최대 엔트로피 방법에 기초해서 배경을 제거하는 작업후에 이진화되고, 상기 최대 엔트로피 방법은 결론적으로 얻어지는 이미지내에 포함되는 정보의 양을 최적화하는 단계를 구비하며, 이에 따라, 구별되어 평가될 수 있는 최대 갯수의 객체들이 발생되고, 이진화된 이미지내에 존재하는 객체들은, 결론적으로 얻어지는 이미지내에 존재하는 객체들의 리스트를 설정하므로써 결정들과 같은 구조물의 특징 요소들을 검출하기 위한 목적으로, 결정되고 분류된다.
합금화 아연도금된 스틸 스트립을 검사하는, 본 발명의 과제를 구성하는 방법의 다른 실시예에 따라, 관성 타원의 표면적, 무게중심, 폭 및 높이가 각각의 객체에 대해 계산되고; 각각의 기록된 객체에 대해 이하의 시험들이 수행된다:
a. 객체의 무게중심이, 상기한 바와 같이 설정되는 계수 ni가 미리 정의된 문턱값보다 작다는 사실에 기초해서 흐려진 것으로 간주되는, 대역에 속하는 경우, 상기 객체는 제거되며;
b. 객체가 1 내지 3 픽셀 두께, 바람직하게는 1 픽셀 두께의 수평선일 경우 기생 이미지에 일치하는 것으로 간주되기 때문에, 그 객체는 제거되고;
c. 객체의 표면적이 합금화 아연도금된 스틸의 형태에 따라 "VeryBigAreaThres"로서 언급되는 미리정의된 문턱값보다 크거나 또는 동일한 경우에, 그 객체는 매우 큰 것으로 계수화되며;
d. 객체의 표면적이 합금화 아연도금된 스틸의 형태에 따라 미리정의된 문턱값 "BigAreaThres"보다 크거나 동일하고 문턱값 "VeryBigAreaThres"보다 작은 경우, 그 객체는 큰 것으로 계수화되고;
e. 객체의 표면적이 합금화 아연도금된 스틸의 형태에 따라 미리정의된 문턱값 "SmallAreaThres"보다 작은 경우, 그 객체는 작은 것으로 계수화되며;
f. 지점들 c, d 및 e가 검증되지 않았다면, 비율(객체의 높이/객체의 폭)이 결정되며 0.2 내지 0.5, 바람직하게는 0.3의 비율을 갖는 결정들만이 계수화되어 이미지내에 존재하는 ζ결정들을 결정한다.
ζ결정들은 대체로 1 ㎛의 최소 폭을 가지며, 20 ㎛의 길이, 즉 0.05의 비율에 도달할 수 있다. 표면에서 검출되는 결정들은 관찰을 위해 정확한 방향에서 빛을 반사시키는 결정들이다. 그러나, 이러한 모든 결정들이 수평 평면내에 위치되는 것은 아니고, 다양한 방위들을 갖는 평면들내에 위치될 수도 있다. 따라서, 그들의 길이에 대한 그들의 폭의 비율은 표면에 수직한 방향에서만 관찰되었을 때 변화될 수 있다.
(큰 시야 깊이를 갖는) 전자 이미지를 연구하므로써, 결정들이 임의적으로 정렬되며 어떠한 특정의 우선적인 방향도 존재하지 않는 것으로 밝혀졌다.
허용가능한 기준으로서 0.05보다 큰 비율을 받아들임으로써, 시스템의 광축에 직각인 평면내에 전적으로 존재하지 않는 방향들에 정렬되는 결정들도 고려될 수 있다. 이에 따라, 검출되는 결정들의 개수가 증가되며 시스템의 정확도가 향상된다. 그러나, 경험에 의하면, ζ결정들이 아닌 다른 객체들이 그러한 것으로서 계수화되어 측정의 정확성을 떨어뜨리기 때문에, 상기 비율이 0.3을 초과할 수 없다는 사실이 밝혀졌다.
본 발명의 과제를 구성하는 방법의 다른 실시예에 따라, 현미경에 의해 관찰되는 지점에서 반사율이 측정되며, 예정된 파장들에 대해 얻어지는 두개 이상의 값들이 분석되고, 바람직하게는 얻어진 값들의 비율이 계산된다.
이러한 방식에 의해, 아연도금된 스틸 스트립상에서 수개 형태의 온라인 측정(분말화, 철 성분, ...)을 동시에 수행하는 것이 가능하게 되며, 그에 따라, 코팅물의 특성들을 얻게 된다. 한편, 현미경을 통하여 얻어진 이미지는 분석되고, 미시적 이미지에 기초해서 얻어지는 결과들을 검사되는 스트립의 전체 폭에 외삽(extrapolting)하기 위한 매우 신뢰할만한 수단을 제공하는 고온 측정값들을 이용하므로써, 현미경의 범위가 확인된다.
또한, 합금화 아연도금된 스트립의 표면을 검사할 때, 분석되는 코팅 합금내의 철의 배타적으로 높은 비율에 따른 측정값들의 포화 효과에 기인하여, 본 발명에 따른 과제를 구성하는 측정 공정을 적용하기가 어렵게 된다는 사실이 밝혀졌다.
본 발명의 과제를 구성하는 방법의 다른 실시예에 따라, 0.85 ±0.05 ㎛ 및 1.1 ±0.05 ㎛의 파장들에서 고온 측정작업들이 수행되며, 이러한 측정작업은 이미지 측정에 의해 얻어지는 결과를 확인하기 위해 사용된다.
이러한 확인 작업은, 본 발명에 따른 측정 방법이 적용되는 대역(% 철)에 이미지들에 의한 측정 작업이 관련된다는 사실을 천명하기 위한 수단으로서 이해될 수 있다.
예컨대, 철의 백분율과 분말화 사이의 상관관계를 설정하기 위해 이하의 절차들이 채택된다.
도 4에는 두개의 그래프를 도시하며, 하나의 그래프는 화학적으로 계량화되는 철의 백분율(X형 지점들에 의해 식별되는 값들)을 나타내며, 다른 하나의 그래프는 본 발명에 따른 방법을 적용한 계산값(연속적인 선에 의해 식별되는 값)으로부터 유도되는 것이다.
도 4에는 철의 백분율 측정값을 나타내는 바, 시간을 가로축에 나타내고 철의 백분율을 세로축에 나타낸다.
7보다 작고 12보다 큰 철의 백분율을 갖는 코팅물들에 대해, 상기한 바와 같이 본 발명의 과제를 구성하는 방법은 그 산업적인 실시가 제한된다. 이러한 제한은 검사된 표면내의 변화와 연관되며, 즉:
- 7%보다 작은 철의 레벨에서, 결정들과 연관되면서 상기한 방식으로 자격요건이 부여될 수 있는 객체들의 부재가 관찰되고;
- 12%보다 큰 철의 레벨에서, 얻어진 이미지는 12%의 철 함량에서 얻어지는 이미지들로부터 더 이상 구별될 수 없다는 사실이 밝혀졌으며, 제품 표면의 외관은 더 이상 철 레벨에 있어서의 증가에 민감하지 않게 된다.
상기한 바와 같은 ζ결정들의 갯수 및 작은 객체들(소영역 Thres)의 갯수를 사용하므로써, 두개의 상관관계가 설정된다. 첫번째는 철의 백분율과 관계되며, 두번째는 분말화에 관계된다. 그러므로 얻어지는 상관관계 계수들은 0.84의 크기를 갖는다.
소형 객체들은 ζ결정들 또는 불충분하게 합금화된 표면 영역으로서 해석될 수 있다. 철의 백분율이 높을수록 분말화가 더욱 촉진되며 표면에서의 ζ결정들의갯수가 감소된다.
철의 백분율에 대한 측정 범위는 7-12%이다. 이러한 범위를 벗어나면, 연관되는 광학 센서가 측정을 무효화한다.
방법을 실시하기 위한 장치
본 발명은 또한 전술한 방법을 실시하기 위한 장치에 관련된 것이다.
본 발명의 과제인 이동 중의 표면, 특히 합금화 아연도금 처리를 받고 나서 연속적으로 이동하는 스틸 스트립의 표면의 온라인 특성화 방법을 실시하기 위한 전술한 일 실시예 또는 그 외의 실시예에 따른 장치는, 배율이 5x 내지 30x이며 작동거리가 길며, 즉 10mm 이상이며 최소깊이가 2점간 거칠기의 절반 이상, 일반적으로 15μm인 최대 시야 깊이를 갖는 대물렌즈를 구비한 산업용 현미경을 사용하는데, 상기 현미경은 배율이 2.5x 내지 5x 인 카메라용 렌즈와, 상기 대물렌즈와 상기 카메라용 렌즈에 연결되어 폭이 125μm 내지 2000μm이고 시스템의 공간분해능이 적어도 0.5인 시야를 제공하는 CCD 카메라를 포함하는데, 상기 대물렌즈/렌즈 조립체는 시야 및 소요 공간분해능의 함수로서 적용되어야 하며, 상기 현미경은 에너지가 10mJ 까지 조정 가능하고 조명시간이 0 내지 10ns 사이에서 조정 가능한 펄스화 레이저, 예를 들어 532-nm YAG 레이저로 구성되는 명시야(bright-field) 및/또는 암시야(dark-field) 타입의 조명장치를 포함하는데, 상기 조명장치는 상기 레이저출력과 상기 현미경의 조명입력을 연결하는 광섬유를 포함하며, 상기 광섬유는 두 개의 확산기에 연결되는데, 그 중 한 확산기는 상기 레이저의 출력과 상기 광섬유의 입력 사이에 놓여지며, 다른 확산기는 상기 광섬유의 출력과 상기 현미경의 조명입력 사이에 놓여지며, 상기 장치는 스트립의 표면으로부터 적어도 10 mm의 거리에 놓여져 고정밀도(시야 깊이의 적어도 1/5) 및 고반복성(시야 깊이의 적어도 1/5, 바람직하게는 최소 1㎛)과 최소 -2 mm 내지 +2 mm의 범위의 측정편차를 갖는 거리센서를 포함하는데, 상기 센서는 이 센서가 관찰한 영역이 상기 현미경이 관찰한 영역과 일치하도록 장착되며, 상기 장치는 최종적으로 상기 시스템을 정확히 초점 맞추기 위해 상기 현미경의 Z 조정계(Z축은 상기 시스템의 광축과 일치한다)에 장착된 모터를 포함한다.
본 발명의 과제인 상기 장치의 다른 실시예에 따르면, 관찰면에 수직한 면에 상기 시스템의 광축을 위치시키기 위해 적어도 하나의 모터구동 회전테이블이 적어도 0.6°±0.1°의 반복성 및 정밀도를 갖는다.
본 발명의 과제인 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 피일드깊이의 1/5, 예를 들어 1.4 ㎛의 합금화 아연도금된 코팅물을 관찰하는 경우에는 최소요구정밀도를 갖는 센서를 사용한다.
다음의 설명은 합금화 아연도금된 강스트립의 표면을 검사하는 상황에서 본 발명의 과제인 표면 특성화(characterisation)의 방법을 적용하는데 중점을 둔다. 이렇게 선택하는 것은 설명을 간략히 하기 위한 것으로서 해당 장치의 응용분야에 대한 제한이 전혀 없게 된다.
이하 특정 요소들을 나타내는 첨부도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 과제인 방법을 실행하기 위한 장치의 바람직한 실시예에 따르면,상기 장치는 적어도 다음과 같은 요소를 포함한다.
- 긴 작동길이 (20mm)와 7μm의 시야 깊이를 갖는 20배 대물렌즈와 5배 카메라용 렌즈를 구비한 산업용 현미경과,
- 상기 대물렌즈와 상기 카메라용 렌즈에 결합되어 적어도 0.5μm의 최종공간분해능을 갖는 250 x 190μm의 시야를 제공하는 768 x 576 픽셀의 CCD 카메라와,
- 에너지를 10mJ까지 조정할 수 있고 조명시간을 0 내지 10ns 사이에서 조정할 수 있는 532-nm 펄스의 YAG 레이저와, 상기 레이저출력과 상기 현미경의 조명입력을 연결하는 광섬유와, 바람직하게는 유리분말로 이루어지는 두 개의 디퓨저로서, 한 디퓨저는 상기 레이저의 출력과 상기 광섬유의 입력 사이에 배치되고, 다른 디퓨저는 상기 광섬유의 출력과 상기 현미경의 조명입력 사이에 배치되며, 또한 상기 제 1 디퓨저는 상기 레이저비임을 확장시키면서 그 레이저비임의 정합성을 어느 정도 파괴시키므로, 너무 집중되어 손상시키는 비임을 광섬유의 입력이 받지않도록하며, 상기 제 2 디퓨저는 상기 레이저비임을 더욱 확장시키면서 마찬가지로 비임의 정합성을 파괴시키도록 된 두 개의 디퓨저로 구성되어, 상기 두 개의 디퓨저와 상기 광섬유가 연결됨으로써 레이저비임의 정합성을 충분히 파괴시키고 형성된 이미지의 레벨에서의 간섭현상을 방지하도록 된 명시야(bright-field) 및/또는 암시야(dark field)타입의 조명장치와,
- 진행 중의 스틸 스트립의 표면으로부터 적어도 10mm의 거리에 놓여지며 고정밀도(적어도 0.5μm) 및 고반복성(적어도 1μm)을 가지며 측정편차가 -2 내지 +2mm이며, 관찰영역이 상기 현미경의 관찰영역과 일치하도록 하기 위하여 비스듬히장착된 거리센서(레이저 삼각측량 타입)와,
- 상기 시스템을 정확히 초점 맞추기 위해 상기 현미경의 Z 조정계에 장착된 모터와,
- 상기 산업용 현미경과 연관된 전술한 조립체의 지지부의 역할을 하며, 관찰면에 수직한 면에 상기 시스템의 광축 Z을 위치시키기 위해 적어도 0.6。의 반복성 및 정밀도를 갖는 모터구동 회전테이블(B)과,
- 상기 광축을 상기 관찰면에 수직하게 위치시키기 위해 상기 제 1 테이블(B)을 지지하며, 적어도 0.6°의 반복성 및 정밀도를 갖는 제 2 모터구동 회전테이블(C)과,
- 상기 다양한 부품(A, B, C, ...)으로 구성된 조립체를 제어하기 위한 컴퓨터로서, 비동기성 리셋동작으로 카메라들과 연동할 수 있는 프레임 그레버 카드와, 아날로그입력에서 16비트의 분해능을 갖는 아날로그 및 디지털 입력/출력 카드와, 상기 3개의 모터를 제어하는 카드와, 데이터 수집 및 처리 프로그램으로 구성되는데, 상기 레이저 삼각측정 센서가 공급하는 거리신호에 필요한 입력/출력 카드의 분해능이 사용하는 대물렌즈의 작은 시야 깊이가 요구하는 이미지의 정확한 위치결정 및 양호한 집속에 필요한 최소 1.4μm의 정밀도를 허용하도록 된 컴퓨터와,
- 진행 중의 스트립에 가해진 인장효과에 의해 또는 이런 기능을 보장하는 적절한 별개의 수단에 의해, 검사된 제품이 공급되는 로울로서, 상기 로울은 상기 현미경과 두 개의 부속 위치결정 테이블로 구성되는 조립체와 대향하도록 위치하며, 상기 시스템의 광축은 바람직하게는 상기 실린더의 중심을 통과하고 로울 상의위치에 위치하게 되는데 여기서 제품은 상기 실린더의 형상에 완벽히 접근하게 되어 그 표면의 위치는 로울의 위치와 제품의 종류만의 함수가 되게 되는 로울과,
- 상기 현미경에 연관되는 광센서로서, 그 목적은 합금화 아연도금된 시이트의 분말화 및 철 성분을 측정하는 상황에서 철 7% - 12%의 범위 이외의 이미지처리에서 얻은 측정치를 확인하는 것이며, 이 확인과정은 상기 현미경과 상기 광센서의 고온측정치에 의해 얻은 이미지의 분석에 의해 공급된 정보를 결합시키는 것으로 이루어지게 하는 광센서.
상기 고온측정치를 분석하면 예를 들어 구조의 보완정보가 얻어지며, 스트립의 전체 폭에 대하여 현미경으로 얻은 측정치를 확인할 수 있다.
결론적으로, 본 발명에 따른 방법은 합금화 아연도금 공정을 두개의 다른 방법으로 모니터링할 수 있도록 한다. 한편으로는, 특정의 통상적인 공지된 방법들에 있어서와 같이 온도를 간접적으로 측정하기 보다는 조사되는 코팅물내에서 얻어지는 철의 성분을 직접적으로 측정하므로써 가열제어루프를 폐쇄하는 것이 가능하게 되며; 다른 한편으로는, 합금화 아연도금 공정의 작업 지점을, 도출되는 철의 백분율이 아닌 표면에서 얻어지는 상의 함수로서, 구하는 것이 가능하게 된다. 상기 철의 백분율은 공정수행중의 직접적인 온라인 측정이 아닌 제품의 사후 분석에 의해 통상적인 방식으로 얻어진다.
배율(대물렌즈 및/또는 중간렌즈를 교체시킴), 카메라(칼라 카메라 또는 높은 공간 해상도를 갖는 카메라를 사용함), 및 조사 장치(다른 조사 파장들을 갖는하나 이상의 레이저를 사용함)와 같은 특정의 파라미터들을 적합화시킴으로써, 본 발명의 과제를 구성하는, 이동하는 표면을 특성화하기 위한 방법이 다른 적용 분야들에서도 실시될 수 있다는 데에 주목하여야 한다. 이러한 다른 적용 분야는, 결정적 거칠기의 정성화, 크레이터들(craters)(형상, 깊이)의 정량화, 스팽글(spangle)의 결정, 표면상에서의 산화물의 검출, 박리의 모니터링(균열 및 산화물층의 박리 검출), 탄화물들, 심부 균열, 미세 균열, 및 대체로 발견하기가 더욱 어려운 네트워크 균열과 같은, 다시 말해서, 모든 형태의 재료들로된 제품의 표면상에서 관찰될 수 있는 다수의 결함들 및 특성들를 검출하기 위한 열간 압연 실린더의 관찰을 포함한다.
Claims (18)
- 긴 작업 거리를 갖는 대물 렌즈(2), 카메라 적용 렌즈, 아날로그 또는 디지털 출력을 갖는 카메라(3), 밝은 시야형 및/또는 레이저(4)를 구비하는 어두운 시야형 조사 장치, 거리 센서(5), 및 Z축을 따른 선형 변위 즉 시스템의 정확한 집속을 허용하기 위해 현미경의 광축을 따른 변위상에서 작동하는 모터가 구비된 하나 이상의 산업 현미경(1)으로 구성되는, 조립체 A가 사용되며; 상기 조립체 A는, 두개의 요소들(B 및 C)을 구비하는, 조립체 D로서 언급되는, 조립체상에 장착되며, 상기 조립체 D는 광축(Z)이 관찰되는 표면(S)을 포함하는 평면에 수직하게 위치되는 것을 허용하고; 상기 조립체 A를 수반하는 상기 조립체 D에는 가능하게는 내진 시스템이 제공되며, 이러한 내진 시스템은, 산업적인 연속 어닐링 및 아연도금 라인에서 발견되는 바와 같이, 상기 조립체가 금속 프레임으로부터 격리되는 것을 허용하고, 상기 내진 시스템은 상기 조립체를 지지하여야 하고, 상기 형태의 산업적인 공정에 있어서 종종 나타나는 다양한 진동에 처하여 지고; 최소한, 광축의 위치를 제어하기 위한 수단들, 즉, 예컨대 광축(Z)을 따른 거리를 조절하고 테이블들(B 및 C)의 위치를 제어하기 위한 모터 또는 모터들을 모니터링하는 단계, 현미경의 대물 렌즈(2) 및 조사되는 표면(S) 사이의 거리를 모니터링하는 단계, 상기 레이저 조사 장치(4)상에서 이동하는 단계, 취할 이미지를 결정하고 비동기적 작업에서 카메라들과 함께 작동할 수 있는 하나 이상의 프레임 그래버 카드를 제공하는 단계, 이미지들을 처리하고 분석하는 단계, 및 가능하게는 진단 정보를 출력하고 결과를기록보관저장하는 단계를, 수행하도록 허용되는 컴퓨터를 바람직하게는 구비하는 수단들이 조립되는, 이동하는 표면 바람직하게는 합금화 아연도금된 시트를 온라인 특성화하기 위한 방법에 있어서,특성화될 표면(S)을 포함하는 이동하는 물체의 위치가 결정되며 그 위치 결정은 시간에 따라 반복될 수 있도록 이루어지고;광축(Z)이 미시 눈금으로 조사되는 표면(S)을 포함하는 평면에 수직하도록 현미경(1)이 위치되며;상기 광학 시스템이 선명한 이미지를 얻도록 집속되고;특성화될 표면은 스트로보스코픽형 조사장치(4), 바람직하게는 이하의 계산에 따라 그 값이 결정되는 조사 시간을 갖는 스트로보스코픽 레이저 조사장치(4)에 의해 조사되고,t = d/V ㎲이며, 상기 식에서 V는 m/s로 나타내어진 제품의 선형 속도이고, d는 시야에 관련되면서 그 자체적으로 용도에 따라 요청되는 해상도에 의해 정의되는 카메라 픽셀의 치수이며 이러한 치수는 ㎛로서 주어지고, t는 제품이 d ㎛를 이동하기 위해 소요되는 시간이며,tmax의 값은, 이동하는 객체의 정지화면을 잡기 위해, 객체가 픽셀의 1/4의 거리만큼 이동되기 위해 필요한 시간보다 많지 않은 시간동안 객체가 조사되어야 한다는 것을 나타내는 관습화된 규칙에 따라 정의되고, 이에 따라, 얻어지는 이미지에 있어서 흐려지는 현상이 발생되지 않도록 하며;조사를 위해 사용되는 비임의 코히어런스(coherence)를 파괴하기 위해 별도의 수단이 사용되고, 이러한 수단은 바람직하게는 하나 이상의 디퓨저를 구비하고;하나 이상의 집속된 이미지가 취하여지고;표면(3)의 이미지들이 전자적인 프레임 그래버 카드에 의해 비동기적으로 포착되며;포착되는 이미지들이 실시간으로 처리되고 분석되며;이미지는 얻어지는 이미지의 품질을 결정하기 위한 기준을 마련하므로써 실시간으로 분석되고;일련의 작업들이 수행되어 포착된 이미지내에 존재하는 다양한 객체들을 격리시키고 자격요건을 부여하며;객체가 흐려진 대역, 즉, 기준 ni< 사전정의된 선명도 문턱값을 만족하는 대역에 속하는 경우 객체가 제거된다는 사실을 고려하여 상기한 바와 같이 식별된 객체들상에서 제 1 선별 작업이 수행되며;그리고나서, 그들의 표면 및 그들의 치수들의 함수로서 잔존하는 객체들상에서 제 2 선별 작업이 수행되고;그들 각각의 숫자는 이하의 식을 적용하므로써 상기 전체 선명도 계수에 의해 가중화되며,p = (Σpi)/(l*m)상기 식에서, ni< L이면 pi= 0이고, 그렇지 않으면 pi= 1이며,ni는 대역 i의 계산된 선명도 계수이고, L은 실험실에서의 교정에 의해 또는 배경이 제거되는 수많은 이미지들에 기초해서 얻어지는 사전정의된 선명도 문턱값이며, pi는 대역 i의 가중 계수이고, p는 전체 선명도 계수이고,이미지내에서 발견되면서 동일한 그룹에 속하는 것으로 결정되는 객체들의 각각의 갯수 N이 이하의 식으로 나타낸 바와 같이 전체 선명도 계수에 의해 가중화된다는 점이 가정되는 바,Nfinal= N/p이고,상기 식에서, Nfinal은 분석된 이미지의 흐려진 대역들을 감안하여 고려된 객체들의 최종 갯수를 나타내며;전체 선명도 계수가 최소값 pmin으로서 결정되는 바람직하게는 0.5인 값보다 작은 경우, 분석된 이미지는 제거되고;선행 선별 작업들중 얻어진 값들은 검사된 표면의 특성들을 결정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 이동하는 표면 바람직하게는 합금화 아연도금된 시트를 온라인 특성화하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,이동하는 스틸 스트립상에서 실시되는 경우, 스트립상에 존재되는 장력에 의해 상기 스트립을 롤의 표면에 인가하므로써 상기 스트립의 위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,실린더(6)상을 통과하면서 이동되는 스틸 스트립(S)의 경우, 시스템의 광축(Z)이 바람직하게는 실린더의 축선(7)과 직교되는 방식으로 교차되며 표면(S)을 지지하는 스트립과 실린더(6) 사이의 제 1 접촉 라인과 표면(S)을 지지하는 스트립과 실린더(6) 사이의 마지막 접촉 라인 사이에 봉입되는 호 성분내에 배치되도록, 상기 현미경(1)의 위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,실린더상에서 이동하는 스틸 스트립의 경우에, 상기 실린더가 항상 설계 허용오차들과 연관되는 편심도를 가지며, 대물 렌즈 및 관찰 평면 사이의 거리가, 검사 지점에서의 선형 이동 속도의 함수인 시간 사이클에 따라 변화되는 것으로 가정할 때, 집속 거리가 실린더의 편심도와 연관되는 거리 변화의 범위이내에 있도록 위치되어 관찰 표면이 집속 위치를 주기적으로 통과하게 되도록, 상기 시스템의 위치를 제어하므로써, 표면(S)의 이미지들이 포착되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서,이미지들을 실시간으로 처리하고 분석하는 것과 관련하여, 포착된 이미지를평균 레벨의 조사시에 발생될 수 있는 모든 변화로부터 그리고/또는 제품에 연관되는 반사도의 효과로부터 자유롭게 하기 위한 하나 이상의 작업을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서,배경을 제거하기 위해 상기 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항중의 어느 한 항에 있어서,얻어지는 이미지의 품질을 결정하기 위한 기준과 관련하여, 상기 이미지가 l*m 대역들로 나누어지며, 각 대역에는 선명도 파라미터 ni가 할당되며, 상기 파라미터 ni는 각 대역에 대해 평가되고, 그 후속적인 처리를 위해 고려되고 있는 이미지의 허용 또는 거절을 위한 기준으로서 작용하는 전체 선명도 계수가 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서,합금화 아연도금된 스틸 스트립의 분석과 관련하여, l 및 m이 6 내지 10 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항중의 어느 한 항에 있어서,배경의 방해에 따른 영향이, 각각의 픽셀에 귀착시킴으로써 형성되는 이미지를 계산하므로써 시스템의 응답성을 정기적으로 재평가하는 것에 의해 제거되며, 대응되는 픽셀들 값의 산술 평균은 고려되고 있는 모든 이미지들에 대해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항중의 어느 한 항에 있어서,얻어진 이미지는 조사가 표준화된 후에 l*m 대역들로 분할되며; 대역들 i의 각각에 있어서, 선명도 파라미터 ni는 이러한 선명도 파라미터 ni를 얻기 위해 하나의 픽셀로부터 근접한 픽셀로의 레벨에 있어서의 차이들을 절대값으로서 합산하므로써 하나의 픽셀로부터 근접한 픽셀로의 전이를 이용하여 계산되고; 전체 선명도 계수 p는 각각의 대역상에서의 시험에 기초해서 설정되며; 최종적으로 각각의 선명도 파라미터 ni는 검사된 제품의 함수로서 사전에 결정된 문턱값과 비교되고; 선명도 파라미터 ni가 상기 문턱값보다 작으면, 대역 i는 0으로서 계수화되며, 반대의 경우 대역 i는 1/(l*m)으로서 계수화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항중의 어느 한 항에 있어서,얻어진 이미지는 최대 엔트로피 방법에 기초해서 배경을 제거하는 작업후에 이진화되고; 상기 최대 엔트로피 방법은 결론적으로 얻어지는 이미지내에 포함되는 정보의 양을 최적화하는 단계를 구비하며; 구별되어 평가될 수 있는 최대 갯수의객체들이 발생되고, 이진화된 이미지내에 존재하는 객체들은, 결론적으로 얻어지는 이미지내에 존재하는 객체들의 리스트를 설정하므로써 결정들과 같은 구조물의 특징 요소들을 검출하기 위한 목적으로, 결정되고 분류되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항중의 어느 한 항에 있어서,합금화 아연도금된 스틸 스트립이 검사되며; 관성 타원의 표면적, 무게중심, 폭 및 높이가 각각의 객체에 대해 계산되고;각각의 기록된 객체에 대해,a. 객체의 무게중심이, 상기한 바와 같이 설정되는 계수 ni가 미리 정의된 문턱값보다 작다는 사실에 기초해서 흐려진 것으로 간주되는, 대역에 속하는 경우, 상기 객체는 제거되며;b. 객체가 1 내지 3 픽셀 두께, 바람직하게는 1 픽셀 두께의 수평선일 경우 기생 이미지에 일치하는 것으로 간주되기 때문에, 그 객체는 제거되고;c. 객체의 표면적이 합금화 아연도금된 스틸의 형태에 따라 "VeryBigAreaThres"로서 언급되는 미리정의된 문턱값보다 크거나 또는 동일한 경우에, 그 객체는 매우 큰 것으로 계수화되며;d. 객체의 표면적이 합금화 아연도금된 스틸의 형태에 따라 미리정의된 문턱값 "BigAreaThres"보다 크거나 동일하고 문턱값 "VeryBigAreaThres"보다 작은 경우, 그객체는 큰 것으로 계수화되고;e. 객체의 표면적이 합금화 아연도금된 스틸의 형태에 따라 미리정의된 문턱값 "SmallAreaThres"보다 작은 경우, 그 객체는 작은 것으로 계수화되며;f. 지점들 c, d 및 e가 검증되지 않았다면, 비율(객체의 높이/객체의 폭)이 결정되며 0.2 내지 0.5, 바람직하게는 0.3의 비율을 갖는 결정들만이 계수화되어 이미지내에 존재하는 ζ결정들을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항중의 어느 한 항에 있어서,현미경에 의해 관찰되는 지점에서 반사율이 측정되며; 예정된 파장들에 대해 얻어지는 두개 이상의 값들이 분석되고; 바람직하게는 얻어진 값들의 비율이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 13 항에 있어서,0.85 ±0.05 ㎛ 및 1.1 ±0.05 ㎛의 파장들에서 고온 측정작업들이 수행되며; 이러한 측정작업은 이미지 측정에 의해 얻어지는 결과를 확인하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 이동 중의 표면, 특히 합금화 아연도금 처리를 받고 나서 연속적으로 이동하는 스틸 스트립의 표면을 온라인 특성화하기 위한, 제 1 항 내지 제 14 항중의 어느 한 항에 따른, 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,배율이 5x 내지 30x이며 작동거리가 길며, 즉 10mm 이상이며 최소깊이가 2점간 거칠기의 절반 이상, 일반적으로 15μm인 최대 시야 깊이를 갖는 대물렌즈를 구비한 산업용 현미경을 사용하는데, 상기 현미경은 배율이 2.5x 내지 5x 인 카메라용 렌즈와, 상기 대물렌즈와 상기 카메라용 렌즈에 연결되어 폭이 125μm 내지 2000μm이고 시스템의 공간분해능이 적어도 0.5인 시야를 제공하는 CCD 카메라를 포함하는데, 상기 대물렌즈/렌즈 조립체는 시야 및 소요 공간분해능의 함수로서 적용되어야 하며, 상기 현미경은 에너지가 10mJ 까지 조정 가능하고 조명시간이 0 내지 10ns 사이에서 조정 가능한 펄스화 레이저로 구성되는 명시야(bright-field) 및/또는 암시야(dark-field) 타입의 조명장치를 포함하는데, 상기 조명장치는 상기 레이저출력과 상기 현미경의 조명입력을 연결하는 광섬유를 포함하며, 상기 광섬유는 두 개의 확산기에 연결되는데, 그 중 한 확산기는 상기 레이저의 출력과 상기 광섬유의 입력 사이에 놓여지며, 다른 확산기는 상기 광섬유의 출력과 상기 현미경의 조명입력 사이에 놓여지며, 상기 장치는 스트립의 표면으로부터 적어도 10 mm의 거리에 놓여져 고정밀도(시야 깊이의 적어도 1/5) 및 고반복성(시야 깊이의 적어도 1/5, 바람직하게는 최소 1㎛)과 최소 -2 mm 내지 +2 mm의 범위의 측정편차를 갖는 거리센서를 포함하는데, 상기 센서는 이 센서가 관찰한 영역이 상기 현미경이 관찰한 영역과 일치하도록 장착되며, 상기 장치는 최종적으로 상기 시스템을 정확히 초점 맞추기 위해 상기 현미경의 Z 조정계(Z축은 상기 시스템의 광축과 일치한다)에 장착된 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 15 항에 있어서,관찰면에 수직한 면에 상기 시스템의 광축을 위치시키기 위해 적어도 하나의 모터구동 회전테이블이 적어도 0.6°±0.1°의 반복성 및 정밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,합금화 아연도금된 코팅물을 관찰하는 경우, 시야 깊이의 1/5의 최소요구정밀도를 갖는 센서가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 15 항 내지 제 17 항중의 어느 한 항에 있어서,긴 작동길이 (20mm)와 7μm의 시야 깊이를 갖는 20배 대물렌즈와 5배 카메라용 렌즈를 구비한 산업용 현미경과,상기 대물렌즈와 상기 카메라용 렌즈에 결합되어 적어도 0.5μm의 최종공간분해능을 갖는 250 x 190μm의 시야를 제공하는 768 x 576 픽셀의 CCD 카메라와,에너지를 10mJ까지 조정할 수 있고 조명시간을 0 내지 10ns 사이에서 조정할 수 있는 532-nm 펄스의 YAG 레이저와, 상기 레이저출력과 상기 현미경의 조명입력을 연결하는 광섬유와, 바람직하게는 유리분말로 이루어지는 두 개의 디퓨저로서, 한 디퓨저는 상기 레이저의 출력과 상기 광섬유의 입력 사이에 배치되고, 다른 디퓨저는 상기 광섬유의 출력과 상기 현미경의 조명입력 사이에 배치되며, 또한 상기제 1 디퓨저는 상기 레이저비임을 확장시키면서 그 레이저비임의 정합성을 어느 정도 파괴시키므로, 너무 집중되어 손상시키는 비임을 광섬유의 입력이 받지않도록하며, 상기 제 2 디퓨저는 상기 레이저비임을 더욱 확장시키면서 마찬가지로 비임의 정합성을 파괴시키도록 된 두 개의 디퓨저로 구성되어, 상기 두 개의 디퓨저와 상기 광섬유가 연결됨으로써 레이저비임의 정합성을 충분히 파괴시키고 형성된 이미지의 레벨에서의 간섭현상을 방지하도록 된 명시야(bright-field) 및/또는 암시야(dark field)타입의 조명장치와,진행 중의 스틸 스트립의 표면으로부터 적어도 10mm의 거리에 놓여지며 고정밀도(적어도 0.5μm) 및 고반복성(적어도 1μm)을 가지며 측정편차가 -2 내지 +2mm이며, 관찰영역이 상기 현미경의 관찰영역과 일치하도록 하기 위하여 비스듬히 장착된 거리센서(레이저 삼각측량 타입)와,상기 시스템을 정확히 초점 맞추기 위해 상기 현미경의 Z 조정계에 장착된 모터와,상기 산업용 현미경과 연관된 전술한 조립체의 지지부의 역할을 하며, 관찰면에 수직한 면에 상기 시스템의 광축 Z을 위치시키기 위해 적어도 0.6。의 반복성 및 정밀도를 갖는 모터구동 회전테이블(B)과,상기 광축을 상기 관찰면에 수직하게 위치시키기 위해 상기 제 1 테이블(B)을 지지하며, 적어도 0.6°의 반복성 및 정밀도를 갖는 제 2 모터구동 회전테이블(C)과,상기 다양한 부품(A, B, C, ...)으로 구성된 조립체를 제어하기 위한 컴퓨터로서, 비동기성 리셋동작으로 카메라들과 연동할 수 있는 프레임 그레버 카드와, 아날로그입력에서 16비트의 분해능을 갖는 아날로그 및 디지털 입력/출력 카드와, 상기 3개의 모터를 제어하는 카드와, 데이터 수집 및 처리 프로그램으로 구성되는데, 상기 레이저 삼각측정 센서가 공급하는 거리신호에 필요한 입력/출력 카드의 분해능이 사용하는 대물렌즈의 작은 시야 깊이가 요구하는 이미지의 정확한 위치결정 및 양호한 집속에 필요한 최소 1.4μm의 정밀도를 허용하도록 된 컴퓨터와,진행 중의 스트립에 가해진 인장효과에 의해 또는 이런 기능을 보장하는 적절한 별개의 수단에 의해, 검사된 제품이 공급되는 로울로서, 상기 로울은 상기 현미경과 두 개의 부속 위치결정 테이블로 구성되는 조립체와 대향하도록 위치하며, 상기 시스템의 광축은 바람직하게는 상기 실린더의 중심을 통과하고 로울 상의 위치에 위치하게 되는데 여기서 제품은 상기 실린더의 형상에 완벽히 접근하게 되어 그 표면의 위치는 로울의 위치와 제품의 종류만의 함수가 되게 되는 로울과,상기 현미경에 연관되는 광센서로서, 그 목적은 합금화 아연도금된 시이트의 분말화 및 철 성분을 측정하는 상황에서 철 7% - 12%의 범위 이외의 이미지처리에서 얻은 측정치를 확인하는 것이며, 이 확인과정은 상기 현미경과 상기 광센서의 고온측정치에 의해 얻은 이미지의 분석에 의해 공급된 정보를 결합시키는 것으로 이루어지게 하는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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