KR20030043506A - 냉연강판 표면결함 검출장치 - Google Patents

냉연강판 표면결함 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉연강판 표면결함 검출장치에 관한 것으로, 본 발명은 냉연강판 표면결함 검출장치에 있어서, 강판 상부 표면에 광을 비스듬히 조사하는 제1 적외선 LED 조명장치(10); 상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)에 의해 조사된 조명광이 강판 상부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 상부 표면의 영상을 획득하는 제1 CCD 카메라(20); 상기 강판 하부표면에 광을 비스듬히 조사하는 제2 적외선 LED 조명장치(30); 상기 제2 적외선 LED 조명장치(30)에 의해 조사된 조명광이 강판 하부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 하부 표면의 영상을 획득하는 제2 CCD 카메라(40); 상기 제1,제2 CCD 카메라(40)에 의해 획득된 강판 표면의 영상을 신호처리 및 분석하여 주위의 화면 밝기(조도)와 다른 영역을 검출하여 강판의 상하 표면의 반사각을 갖는 요철홈 결함을 각각 검출하는 신호처리장치(50); 및 상기 신호처리장치(50)에 의한 영상을 화면을 출력하는 화면출력장치(60)를 구비함을 요지로 한다.

Description

냉연강판 표면결함 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING SURFACE DEFECTS ON COLD ROLLED STRIP}
본 발명은 냉연강판 표면결함 검출장치에 관한 것으로, 특히 제철소에서 생산되는 냉연강판의 표면 결함 중에서, 정반사 또는 난반사가 되지 않는 변위영역으로 반사각을 갖는 치명적인 요철성 결함을 자동적으로 검출할 수 있도록 하는 냉연강판 표면결함 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로, 코일 제품의 표면을 검사하는 가장 간단한 방법은 온라인 작업 중에 조업자가 코일 표면을 관찰하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 코일이 고속으로 주행할 시에는 조업자가 코일 표면을 정확히 관찰할 수 가 없고 코일 표면의 상, 하면을 동시에 검사할 수 없는 단점이 있기 때문에 하기와 같은 방법으로 이루어져 왔다.
종래 작업중에 코일 제품을 검사하는 자동화된 장치로는 레이저, 할로겐 램프, 적외선 LED 등의 조명 장치와 PMT(Photo Multiply Tube), CCD(Charge Coupled Device) 등과 같은 검출 센서를 이용한 광학 장치가 있으나, 이러한 종래의 자동화된 광학 장치를 이용한 방법 중 레이저와 PMT를 사용한 방법은 요철성 결함은 잘 검출할 수 있으나, 색상차에 의한 결함은 검출할 수 없고, 또한 표면 영상을 조업자가 직접 확인할 수 없는 단점이 있다.
또한, CCD 카메라를 이용한 종래의 방법은 표면 결함에 대한 영상을 조업자가 확인할 수 있기 때문에 현재 대부분의 표면 결함 장치에서 사용하는 방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 판의 표면결함 검출장치의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 종래 판의 표면결함 검출장치는 코일 표면 결함의 색상차에 의해서 표면 결함을 검출하는 장치에 대한 것으로서, 이는 적외선 LED 조명과 CCD 카메라를 이용한 요철성 결함 검출 장치는 적외선 LED 조명을 사용하여 평행광을 발생시키고 CCD 카메라를 조명 난반사 즉 조명 입사각의 45도 위치에 배열하여 난반사된 요철성 결함 신호를 CCD 카메라 센서에서 인식하는 방법으로 요철성 결함을 검출한다. 이러한 구성 및 상세한 설명은 한국 특허출원번호 제1998-58742호에 상세히 개시되어 있다.
도 2는 종래의 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 종래의 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치는 적외선 LED 조명을 사용하여 요철성 결함을 검출하는 방법으로서, 이는 조명과 CCD 카메라를 정반사 즉 조명의 입사각과 반사각의 각도가 90도가 되게 배열하여 요철 변화가 없는 색상차 결함을 검출한다. 이러한 구성 및 상세한 설명은 한국 특허출원번호 제1999-42769호에 상세히 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 두 가지 방법에 있어서, 정반사와 난반사 각도 사이의 변위(transition) 영역으로 반사를 일으키는 결함은 강판 표면과의 조도 차이가 거의 없기 때문에, 종래의 방법으로 인식하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 결함들은 표면 거칠기가 없고 오목 또는 볼록한 형태의 요철성 표면 결함으로서 기존의 표면 결함 검출 장치로는 검출이 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 제철소에서 생산되는 냉연강판의 표면 결함 중에서, 정반사 또는 난반사가 되지 않는 변위영역으로 반사각을 갖는 치명적인 요철성 결함을 자동적으로 검출할 수 있도록 하는 냉연강판 표면결함 검출장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 판의 표면결함 검출장치의 구성도이다.
도 2는 종래의 적외선 조명을 이용한 강판의 표면결함 검출장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 냉연강판의 표면결함 검출장치의 구성도이다.
도 4는 도 3의 적외선 LED 조명장치의 정면도이다.
도 5는 도 3의 적외선 LED 조명장치의 측면도이다.
도 6은 도 3의 강판 표면에 대한 적외선 LED 조명장치의 조도 분포 개념도이다.
도 7은 도 6의 강판 표면 영상 실시예이다.
도 8은 도 3의 요철성 결함에 대한 적외선 LED 조명장치에 의한 조도 분포 개념도이다.
도 9는 도 8의 요철성 결함 영상 실시예이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 냉연 강판10 : 제1 적외선 LED 조명
11 : 배열판12 : 적외선 LED소자
13 : 금속막 (metal foil)14: 광산란 유리 (diffuse grass)
20 : 제1 CCD 카메라30 : 제2 적외선 LED 조명
40 : 제2 CCD 카메라50 : 신호처리장치
60 : 화면표시장치61: 냉연 강판 영상
62: 요철성 결함 영상
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 냉연강판 표면결함 검출장치에 있어서, 강판 상부 표면에 광을 비스듬히 조사하는 제1 적외선 LED 조명장치; 상기 제1 적외선 LED 조명장치에 의해 조사된 조명광이 강판 상부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 상부 표면의 영상을 획득하는 제1 CCD 카메라; 상기 강판 하부표면에 광을 비스듬히 조사하는 제2 적외선 LED 조명장치; 상기 제2 적외선 LED 조명장치에 의해 조사된 조명광이 강판 하부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 하부 표면의 영상을 획득하는 제2 CCD 카메라; 상기 제1,제2 CCD 카메라에 의해 획득된 강판 표면의 영상을 신호처리 및 분석하여 주위의 화면 밝기(조도)와 다른 영역을 검출하여 강판의 상하 표면의 반사각을 갖는 요철홈 결함을 각각 검출하는 신호처리장치; 및 상기 신호처리장치에 의한 영상을 화면을 출력하는 화면출력장치를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 냉연강판 표면결함 검출장치에 대하여 첨부도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 냉연강판의 표면결함 검출장치의 구성도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 냉연강판의 표면결함 검출장치는 강판 상부 표면에 광을비스듬히 조사하는 제1 적외선 LED 조명장치(10)와, 상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)에 의해 조사된 조명광이 강판 상부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 상부 표면의 영상을 획득하는 제1 CCD 카메라(20)와, 상기 강판 하부표면에 광을 비스듬히 조사하는 제2 적외선 LED 조명장치(30)와, 상기 제2 적외선 LED 조명장치(30)에 의해 조사된 조명광이 강판 하부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 하부 표면의 영상을 획득하는 제2 CCD 카메라(40)와, 상기 제1,제2 CCD 카메라(40)에 의해 획득된 강판 표면의 영상을 신호처리 및 분석하여 주위의 화면 밝기(조도)와 다른 영역을 검출하여 강판의 상하 표면의 반사각을 갖는 요철홈 결함을 각각 검출하는 신호처리장치(50)와, 상기 신호처리장치(50)에 의한 영상을 화면을 출력하는 화면출력장치(60)로 구성한다.
상기 제1 CCD 카메라(20)는 상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)에 의해 강판(1) 상부표면으로 조사되는 입사광과 강판 상부표면에서 반사되는 반삭광 사이의 각도가 대략 75°를 이루는 위치에 설치한다. 또한, 상기 제2 CCD 카메라(40)는 상기 제2 적외선 LED 조명장치(30)에 의해 강판(1) 하부표면으로 조사되는 입사광과 강판 하부표면에서 반사되는 반삭광 사이의 각도가 대략 75°를 이루는 위치에 설치한다.
도 4는 도 3의 적외선 LED 조명장치의 정면도이고, 도 5는 도 3의 적외선LED 조명장치의 측면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 적외선 LED 조명장치는 배열판(11)과, 배치밀도를 높이기 위해, 상기 배열판(11)에 면심 격자배열을 연속적으로 배치한 적외선 LED 소자(12)와, 상기 적외선 LED 소자(12)의 전면부중 일분에 설치하고, 상기 LED 소자(12)에서 발생한 평행광을 차단하는 금속막(13)(metal foil)과, 상기 적외선 LED 소자(12)의 전면부중 다른 일분에 설치하고, 상기 LED 소자(12)에서 발생한 평행광을 산란시키는 광산란 유리(14)(diffuse grass)를 포함하며, 상기 강판표면에 밝은 부분에서 어두운 부분으로 점진적으로 변화하는 조명을 형성한다.
도 6은 도 3의 강판 표면에 대한 적외선 LED 조명장치의 조도 분포 개념도로서, 도 6을 참조하면, 상기 적외선 LED 조명장치의 금속막(13)은 상기 광산란 유리(14)에 비해 상대적으로 해당 CCD 카메라에 근접하게 배치한다.
도 7은 도 6의 강판 표면 영상 실시예이며, 도 8은 도 3의 요철성 결함에 대한 적외선 LED 조명장치에 의한 조도 분포 개념도이다. 그리고, 도 9는 도 8의 요철성 결함 영상 실시예이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 냉연강판 표면결함 검출장치의 제1 적외선 LED 조명장치(10)는 강판 상부 표면에 광을 비스듬히 조사하고, 이후, 제1 CCD 카메라(20)가 상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)에 의해 조사된 조명광이 강판 상부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 상부 표면의 영상을 획득한다. 이때, 상기 제1 CCD 카메라(20)는 상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)에 의해 강판(1) 상부표면으로 조사되는 입사광과 강판 상부표면에서 반사되는 반삭광 사이의 각도가 대략 75°를 이루는 위치에 설치되어, 상기 강판 상부표면의 결함중 변위영역의 결합을 검출할 수 있는 영상을 획득한다.
또한, 본 발명에 따른 냉연강판 표면결함 검출장치의 제2 적외선 LED 조명장치(30)가 상기 강판 하부표면에 광을 비스듬히 조사하고, 이후, 제2 CCD 카메라(40)는 상기 제2 적외선 LED 조명장치(30)에 의해 조사된 조명광이 강판 하부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 하부 표면의 영상을 획득한다. 이때, 상기 제2 CCD 카메라(40)는 상기 제2 적외선 LED 조명장치(30)에 의해 강판(1) 하부표면으로 조사되는 입사광과 강판 하부표면에서 반사되는 반삭광 사이의 각도가 대략 75°를 이루는 위치에 설치되어, 상기 강판 하부표면의 결함중 변위영역의 결합을 검출할 수 있는 영상을 획득한다.
이때, 본 발명에 따른 냉연강판 표면결함 검출장치의 신호처리장치(50)는 상기 제1,제2 CCD 카메라(40)에 의해 획득된 강판 표면의 영상을 신호처리 및 분석하여 주위의 화면 밝기(조도)와 다른 영역을 검출하여 강판의 상하 표면의 반사각을 갖는 요철홈 결함을 각각 검출하고, 이에 따라, 본 발명의 냉연강판 표면결함 검출장치의 화면출력장치(60)는 상기 신호처리장치(50)에 의한 영상을 화면을 출력한다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)의 배열판(11)에 면심 격자배열을 연속적으로 적외선 LED 소자(12)를 배치하여, 배치밀도를 높여 조사광을 밀도를 높이고, 도 5를 참조하면, 상기 적외선 LED 조명장치의 광산란 유리는 적외선 LED 소자에서 발생한 평행광을 산란시키는 역할을 수행하여 강판 표면을 고르게 조명하도록 하며, 상기 적외선 LED 조명장치의 금속막은 조명을 차단하는 역할을 수행한다. 이에 따라, 상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)와 제2 적외선 LED 조명장치(30)의 전면부 각각에 설치된 금속막(13) 및 공산란 유리(14)에 의해서, 상기 강판의 상부표면 하부표면에는 밝은 부분에서 어두운 부분으로 점진적으로 변화하는 조명이 형성된다. 이러한 조명에 의해서, 냉연강판의 표면 결함 중에서, 정반사 또는 난반사가 되지 않는 변위영역으로 반사각을 갖는 치명적인 요철성 결함을 검출할 수 있다. 즉, 이런 방식으로 적외선 LED 조명을 구성함으로써 변위 영역에서의 표면 결함을 보다 가시적으로 잘 나타내게 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 적외선 LED 조명장치의 금속막(13)은 상기 광산란 유리(14)에 비해 상대적으로 해당 CCD 카메라에 근접하게 배치되어, 상기 적외선 LED 조명장치의 하부(CCD 카메라에서 먼측)는 광산란 유리에 의해서 적외선 LED 조명 빛이 직접 강판 표면을 조사하는 반면, LED 조명장치의 상부(CCD 카메라에서 가까운측)는 금속막으로 가려져 LED 조명 빛이 강판 표면을 조사하지 못하게 되며, 이에따라, 도 6에 보인 바와 같이, 강판 표면에 직접 조명 빛이 도달하는 영역을 (A)로 나타내고, 조명 빛이 가려진 부분을 (B)로 나타낸다.
도 7을 참조하면, 실제 본 발명의 구성에 의해서 CCD 카메라로 획득한 강판 표면 영상(61)을 나타내는데, 영상의 조도 분포가 밝은 부분(A)에서부터 어두운 부분(B)으로 순차적으로 나타남을 볼 수 있다. 이러한 조도 분포를 갖는 원리에 의해서, 변위 반사 영역의 요철성 결함을 보다 가시적으로 표현하고 검출할 수 있게 된다. 도 7을 참조하면, 강판 표면에 변위 반사 영역의 요철성 결함을 검출하는 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.
도 8을 참조하면, 도 8에서 (A*) 부분은 강판 표면에 요철성 결함이 없을 시에 밝은 부분(A)에 해당되지만 요철에 의해서 조명 빛의 각도가 변화되어 CCD 카메라에 의한 영상에서 어둡게 나타내게 된다. 또한 도 8에서 (B*)부분은 원래 어두운 부분이지만 요철에 의해서 조명 반사각의 변화로 인해 CCD 카메라에 의한 영상에서는 밝게 나타내게 된다.
도 9를 참조하면, 도 8의 발명의 구성에 의한 요철성 결함을 CCD 카메라로 획득한 영상(62)의 실시예로서 도 8에서 설명한 대로 요철성 결함의 상부 영역은 주변 배경 보다 더욱 어둡게(A*) 나타나고, 결함의 하부 영역은 주변 배경 보다 더욱 밝게(B*) 보여지기 때문에 변위 반사 요철성 결함을 쉽게 검출 할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 제철소에서 생산되는 냉연강판의 표면 결함 중에서, 정반사 또는 난반사가 되지 않는 변위영역으로 반사각을 갖는 치명적인 요철성 결함을 자동적으로 검출할 수 있도록 함으로서, 코일의 표면을 조업자가 직접 검사하지 않고서도 자동으로 검출할 수 있고, 이에 따라 조업자의 작업 부하를 감소시키고 제품의 표면 결함 관리를 용이하게 할 수 있는 특별한 효과가 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 냉연강판 표면결함 검출장치에 있어서,
    강판 상부 표면에 광을 비스듬히 조사하는 제1 적외선 LED 조명장치(10);
    상기 제1 적외선 LED 조명장치(10)에 의해 조사된 조명광이 강판 상부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 상부 표면의 영상을 획득하는 제1 CCD 카메라(20);
    상기 강판 하부표면에 광을 비스듬히 조사하는 제2 적외선 LED 조명장치(30);
    상기 제2 적외선 LED 조명장치(30)에 의해 조사된 조명광이 강판 하부표면에서 변위영역으로 반사되는 위치에 배치하여, 상기 강판 하부 표면의 영상을 획득하는 제2 CCD 카메라(40);
    상기 제1,제2 CCD 카메라(40)에 의해 획득된 강판 표면의 영상을 신호처리 및 분석하여 주위의 화면 밝기(조도)와 다른 영역을 검출하여 강판의 상하 표면의 반사각을 갖는 요철홈 결함을 각각 검출하는 신호처리장치(50); 및
    상기 신호처리장치(50)에 의한 영상을 화면을 출력하는 화면출력장치(60)를 구비함을 특징으로 하는 냉연강판 표면결함 검출장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 CCD 카메라(20)는
    상기 적외선 LED 조명장치(10)에 의해 강판(1) 표면으로 조사되는 입사광과 강판 표면에서 반사되는 반삭광 사이의 각도가 대략 75°를 이루는 위치에 설치하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 표면결함 검출장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제2 CCD 카메라(40)는
    상기 제2 적외선 LED 조명장치(30)에 의해 강판(1) 하부표면으로 조사되는 입사광과 강판 하부표면에서 반사되는 반삭광 사이의 각도가 대략 75°를 이루는 위치에 설치하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 표면결함 검출장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 적외선 LED 조명장치는
    배열판(11);
    배치밀도를 높이기 위해, 상기 배열판(11)에 면심 격자배열을 연속적으로 배치한 적외선 LED 소자(12)
    상기 적외선 LED 소자(12)의 전면부중 일분에 설치하고, 상기 LED 소자(12)에서 발생한 평행광을 차단하는 금속막(13)(metal foil); 및
    상기 적외선 LED 소자(12)의 전면부중 다른 일분에 설치하고, 상기 LED 소자(12)에서 발생한 평행광을 산란시키는 광산란 유리(14)(diffuse grass)를 포함하며,
    상기 강판표면에 밝은 부분에서 어두운 부분으로 점진적으로 변화하는 조명을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 표면결함 검출장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 적외선 LED 조명장치의 금속막(13)은
    상기 광산란 유리(14)에 비해 상대적으로 해당 CCD 카메라에 근접하게 배치한 것을 특징으로 하는 냉연강판 표면결함 검출장치.
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