KR20090021717A

KR20090021717A - 원형 선재 광학결함 검출장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090021717A
Application number: KR1020070086464A
Authority: KR
Inventors: 최세호; 배호문; 황화원; 박창현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-04
Also published as: JP5593347B2; US20100246974A1; EP2193357A1; JP2010538259A; KR100891842B1; EP3037808B1; US8306308B2; EP2193357A4; CN101952712A; WO2009028883A4; EP3037808A1; WO2009028883A1; JP2012154948A

Abstract

본 발명의 일 측면은 선재를 제조하는 공정 중 압연, 인발 및 사출 공정을 통하여 선재를 생산하는 과정에서 선재의 표면에 발생하는 표면 결함을 광학센서를 이용하여 비접촉식으로 실시간으로 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 원형 선재 광학결함 검출장치는, 원형 면 형태의 광을 조사하는 조명장치; 이송되고 있는 원형 선재에 반사된 상기 조명장치의 반사광을 받아 광신호를 생성하고, 상기 생성된 광신호를 영상신호로 변환하는 광학센서; 및 상기 광학센서로부터 영상신호를 수신하여 상기 원형 선재의 표면정보를 취득하는 신호처리수단;을 포함한다.

원형 선재, 광학결함, 검출장치, 광학센서, 신호처리수단

Description

원형 선재 광학결함 검출장치 및 방법{Device for detecting the optic bug of archetypal rod and method thereof}

선재 표면 결함 검출 기술에는 초음파 탐상법(Ultrasonic Test), 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage), 자분 탐상법(Magnetic Particle Inspection), 와전류 탐상법 및 광학법 등이 있다.

초음파 탐상법은 초음파 발생장치에서 생성된 표면 초음파를 표면 결함 검사 대상체(Bar/Wirerode)에 전달하고, 표면 결함에 의해서 반사되는 초음파 신호를 수신 및 분석하여 결함 유무를 판단한다. 초음파 탐상법은 초음파 전달 방향에 대하여 수직으로 형성된 비 연속 특성을 가진 표면 결함(crack)에 대해서는 결함 검출 능력이 우수하나, 초음파 전달 방향과 동일한 방향으로 형성된 결함이나 부드러운 형상 변화를 수반하는 표면 결함에 대해서는 검출 능력이 떨어진다. 초음파 탐상법은 원형을 갖는 검사 대상체의 전체 표면에 초음파 에너지를 전달하는 방법이 어렵 다. 특히 검사 대상체의 표면 거칠기가 크거나, 진동을 수반하거나, 고온 상태이거나, 이송되고 있는 상태에서는 초음파 발생장치에서 발생된 초음파를 검사 대상체에 전달하는 효율이 미약하다.

누설자속 탐상법은 강자성체 금속의 표면이나 표층 하에 발생하는 크랙 (crack) 결함에 대하여 우수한 성능을 갖는다. 특히, 누설자속 탐상법은 표면의 거칠기가 큰 상황에서도 미세한 크랙에 대한 검출 능력이 우수하지만, 강자성체의 표면에 형성된 자속의 방향과 동일한 방향으로 발생한 크랙에 대한 검출 능력이 미약하고 결함의 경계면이 부드러운 경우에도 검출 능력이 떨어진다.

누설자속 탐상법의 결함 검출 원리는 다음과 같다. 검사 대상체에 크랙이 발생할 경우에 공기 갭(air gap)이 발생하거나 크랙 사이에 이물질이 채워지면, 이 물질의 특성은 강자성체와 다른 투자율(permeability) 특성을 갖는다. 누설자속 탐상법에서는 검사 대상체의 표면이 정상적일 경우에는 표면의 자속이 표면과 평행하게 연속적으로 형성되지만, 투자율의 차이가 발생할 경우에는 표면 방향의 수직 방향으로 누설자속이 발생하므로, 자속검출센서를 이용하여 누설자속을 검출하여 결함의 존재 유무를 결정한다.

누설자속 탐상법을 고온 및 고속으로 이송되는 원형 바(bar)에 적용하는 것은 몇 가지 단점이 있다.

첫째, 누설자속 센서는 온도 변화에 안정하지 못한 특징이 있기 때문에 고온의 소재에 적용할 경우에는 누설자속 센서의 안정성이 유지되지 않는다.

둘째, 고속으로 움직이는 철강의 특정부위의 표면에 자속을 형성하기가 매우 곤란하다.

셋째, 누설자속센서에 인식되는 누설자속신호는 거리의 제곱에 반비례하는 특징을 가지고 있기 때문에 고속으로 이송되고 있는 선재에 진동이 수반될 경우에는 결함 신호와 진동 신호를 구분하기 어렵게 되어 위 결함(pseudo defect) 발생한다.

넷째, 원형 바의 결함을 검출하기 위해서는 검사 대상체의 표면과 센서와의 거리를 일정하게 유지하여야 한다. 결과적으로, 센서 배열 역시 원형으로 구성하여 한다. 그리고, 원형 바의 직경이 변할 경우마다 센서 헤드를 교환하여야 한다. 따라서, 동일 라인에서 여러 직경의 제품을 생산하는 바 생산 라인에서는 직경 변화에 따른 센서 헤드 교환 작업의 부하가 상당히 큰 단점이 있다.

자분 탐상법은 검사 대상체의 표면에 결함이 있을 경우에 결함 부위에 누설 자속을 형성하는 과정은 누설자속 탐상법과 매우 유사하다. 누설자속 탐상법에서는 검사 대상체의 결함에서 형성되는 누설자속을 검지할 수 있는 센서를 이용하여 누설자속을 직접 측정하고, 자분 탐상법에서는 결함에 의해서 형성된 누설자속의 정보를 명확히 하기 위해서 형광물질로 도포된 자분(magnetic particles)을 검사 대상체에 분포시킨다. 누설자속이 형성된 부위에는 자장에 의해서 끌리는 힘을 받아자분이 모이게 되지만, 누설자속이 형성되지 않은 정상 부위에는 자분이 모이지 않는다. 시각적인 효과를 위해서 자분 표면에 자외선에 민감하게 반응하는 형광물질을 도포하므로, 자외선 조명을 조사할 경우에 결함 부위의 형상을 확인할 수 있다. 누설자속 탐상법 및 초음파 탐상법과는 다르게 결함의 형상에 일치하는 자분 분포 를 확인할 수 있기 때문에 결함의 형상정보를 이용한 결함을 분류하는 것이 가능하다. 자분 탐상법에서는 누설자속 센서를 사용하는 대신에 광학센서를 이용한 결함 검출방법을 사용하기 때문에 누설자속법의 단점 중에서 진동이나 누설자속센서와 관련된 단점을 극복할 수 있기 때문에 비교적 널리 사용되고 있지만 형광 자분의 온도특성 제한으로 결함을 검사하는 검사 대상체의 온도가 일반적으로 70°이하인 경우에 주로 사용하고, 자분 분사 및 검사 대상체에 자장 형성 등의 부가적인 작업이 필요하기 때문에 압연라인과 같은 연속 생산 라인에 적용하기에는 어려운 단점이 있다.

와전류 탐상법은 금속의 전자기장 특성을 이용한 방법으로 응답속도가 비교적 빠른 와전류 센서를 이용하여 연속적으로 생산하는 고온의 바와 같은 소재에 적용하는 것이 가능하다. 와전류 탐상법은 누설자속 탐상법의 센서 배열과 같이 와전류 센서를 검사 대상체에 매우 근접하게 배치하여야 하기 때문에, 검사 대상체가 진동하는 경우에는 위 결함 발생이 증대하는 단점이 있다. 그리고, 와전류 센서에서 발생하는 아나로그 신호를 분석하여 특정한 문턱 값(threshold) 이상의 신호의 결함에 대해서 정성적으로 판단하므로, 결함에 대한 크기, 길이 및 높이 등의 정량적인 판단을 하는 것이 곤란하다. 특히, 특정한 형태의 결함에 대해서 결함 검출 능력이 떨어지는 단점이 있다. 일반적으로, 와전류를 이용한 결함 검출 방법은 결함 개개의 검출과 특성 평가보다는 생산공정조건의 변화 또는 시간의 변화에 따른 검사 대상체의 전체적인 변화를 통계적으로 분석하기 위해 널리 사용되고 있다.

광학법은 크게 2가지로 구분된다. 고온 검사 대상체에서 스스로 방사되는 광 을 직접 수신하여 결함 부위와 정상 부위를 구별하는 1번째 방법과 고온의 검사 대상체에 외부 광원의 광을 조사하여 반사되는 반사광을 수신하여 결함 부위와 정상 부위를 구별하는 2번째 방법이 있다.

(1) 1번째 방법

도 1과 같이, 고온의 원형 선재(2)의 표면에서 방사되는 광 에너지를 광학센서(1)를 이용하여 수신하고, 정상적인 부위의 센서 신호와 비 정상적인 부위의 센서 신호를 구분하여 결함 유무를 판정한다.

고온의 금속 표면에서는 소재의 온도, 표면 특성 및 소재 물질 등에 따라 외부로 열 에너지를 방사하는 정도를 나타내는 방사율(emissivity)이 달라지는 특성이 있다. 금속의 표면에 결함이 존재하는 경우에 정상적인 금속 표면과 거칠기, 면적 및 표면 조도의 차이로 방사율의 변화가 발생하는데, 이로 인하여 결함 부위와 정상 부위의 에너지 방사량의 차이가 생긴다. 금속 표면의 결함 부위를 관측하기 위해서는, 금속의 온도가 일정하고 광학센서의 구성이 일정하다고 가정할 경우에 결함 부위와 정상 부위의 방사율 차이에 의해 원형 선재(2)에서 방사하는 광의 특성을 변하게 하고 광학센서(1)의 출력전압에 영향을 주어야 한다. 특히, 방사율에 영향을 끼치는 요소는, 결함 부위와 정상 부위의 표면 거칠기의 차이, 결함 부위와 정상 부위의 구성 물질의 차이, 결함 부위와 정상 부위의 온도 차이 등이 있는데, 앞의 3가지 요소는 결함 부위와 정상 부위를 구별할 수 있는 기본적인 요소이다.

원형 선재(2)에서 스스로 방사되는 광을 이용할 경우에는, 정상 부위의 표면 조도와 결함 부위의 표면 조도의 차이가 크게 되면 결함 부위와 정상 부위의 방사율 차이도 역시 크므로 광학센서(1)의 응답 값의 차이를 크게 하여 결함에 대한 변별력을 높일 수 있는 우수한 특징이 있다. 따라서, 결함 부위와 정상 부위의 방사율 차이가 크지 않거나 결함 부위의 방사율이 일정한 특성을 갖지 않는 경우에는 스스로 방사하는 광의 특성을 이용한 결함 검출방법은 한계가 있다.

(2) 2번째 방법

도 2와 같이, 외부 조명장치(3)에서 조사되는 광을 이용한 방법에서는 원형 선재(2)에서 방사하는 광의 파장 대역의 특성과는 상이한 파장 특성을 갖는 조명장치(3)를 이용하거나 동일한 파장 대역의 특성을 갖는 조명장치(3)를 사용한다. 여기서, 조명장치(3)에서 조사되는 광의 세기를 원형 선재(2) 자체에서 방사되는 광의 세기보다 크게 사용한다.

조명장치(3)에서 조사된 광의 파장 대역이 고온의 원형 선재(2)에서 방사된 광의 파장 대역과 다른 대역일 경우에는, 조명장치(3)에서 조사된 광의 파장은 광학센서(1)를 통과시키고 고온의 원형 선재(2)에서 발생하는 광의 파장은 광학센서(1)를 통과하는 것을 차단할 수 있는 광학필터(5)를 사용하여야 한다. 광학필터(5)를 사용할 경우에는 고온의 원형 선재(2)에서 방사되는 복사 에너지를 차단할 수 있고, 광학센서(1)에는 고온의 원형 선재(2)에서 방사되는 광의 영향을 최소화할 수 있다. 광학센서(1)의 민감도가 약할 경우에는 조명장치(3)에서 조사되는 광의 세기를 증대시켜야 하며, 원형 선재(2)의 표면의 모양에 따라 조명장치(3)의 배 치를 설계하여야 한다.

도 3과 같이, 검사 대상체가 판재(6)와 같은 형상일 경우에는 외부 조명장치(3)에서 조사되는 광이 판재(6)의 표면에 균일하게 반사되게 하여 광학센서(신호검출센서라고도 한다. 1)에 균일한 신호특성을 나타내어 넓은 범위의 표면에서 결함을 검사하는 것이 가능한데, 판재(6)의 중앙 부위와 에지 부위의 폭 방향 거리에 따른 센서신호의 크기가 거의 균일함을 알 수 있다.

도 4와 같이, 검사 대상체가 원형 선재(2)일 경우에는 외부 조명장치(3)에서 조사된 외부 광이 원형 선재(2)의 표면에 반사되면 반사되는 지점에서 표면의 수직 방향을 기준으로 입사각과 동일한 각도의 반사각을 이룬다. 이로 인하여, 광학센서(신호검출센서라고도 한다. 1)가 배치된 방향으로 반사되는 면적이 협소하여 결함 검사가 가능한 면적도 역시 감소한다.

본 발명의 일 측면은 광학적인 방법을 사용하여 비접촉식으로 검사 대상체인 원형 선재의 결함을 원거리에서 실시간으로 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은, 원형 면 형태의 광을 조사하는 조명장치; 이송되고 있는 원형 선재에 반사된 상기 조명장치의 반사광을 받아 광신호를 생성하고, 상기 생성된 광신호를 영상신호로 변환하는 광학센서; 및 상기 광학센서로부터 영상신호를 수신하여 상기 원형 선재의 표면정보를 취득하는 신호처리수단;을 포함하는 원형 선재 광학결함 검출장치를 제시한다.

본 발명의 다른 측면은, 신호처리수단이 광학센서로부터 원형 선재의 영상을 취득하는 제1단계; 상기 신호처리수단이 상기 원형 선재의 영상을 필터링하는 제2단계; 상기 신호처리수단이 상기 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제1 선 형태의 영상을 2차 편미분하는 제3단계; 상기 신호처리수단이 상기 제1의 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값을 평균화하여 제1 문턱값을 설정하는 제4단계; 상기 신호처리수단이 상기 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분하는 제5단계; 상기 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 상기 제1 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내이면, 상기 신호처리수단이 상기 제1 선 형태의 영상을 제거하고, 상기 제2 선 형태의 영상을 축적하는 제6단계;상기 신호처 리수단이 상기 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값을 평균화하여 제2 문턱값을 설정하는 제7단계; 상기 신호처리수단이 상기 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분하는 제8단계; 상기 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 상기 제2 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내이면, 신호처리수단이 상기 제2 선 형태의 영상 픽셀의 축소 및 확대를 설정된 회수로 반복하는 제9단계; 및 상기 제2 선 형태의 영상 픽셀이 1개의 픽셀로 변환되지 않으면, 상기 신호처리수단이 상기 제2 선 형태의 영상 픽셀을 결함으로 검출하는 제10단계;를 포함하는 원형 선재 광학결함 검출방법을 제시한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 원형 선재의 이송 속도가 변하는 환경에서도 일정한 정밀도를 갖는 영상을 취득하여 검출된 결함의 길이, 폭, 크기 및 결함 위치를 정확히 도출할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 영상취득센서와 외부 광원의 조사 각도를 다크 필드(dark field) 방식으로 구성하여 종래의 브라이트 필드(bright field) 방식과 대비하여 표면 스케일의 영향을 감소시키므로, 표면결함 검사장치의 설치위치를 압연 직후에 설치하지 않아도 된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 영상취득센서와 외부 광원의 조사 각도를 원형 선재의 이송 방향 및 원주 방향으로 다크 필드 방식으로 구성한 더블 다크 필드 (double dark field) 방식으로 구성하므로, 원형 선재의 이송 방향 및 원주 방향의 결함 경계면의 기울기 변화를 동시에 민감하게 검출하는 것이 가능하다. 따라 서, 표면결함 검사장치의 결함검출능력이 종래의 광학결함 검사장치를 이용하는 경우보다 현저히 향상된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 원형 면 형태의 외부 조명을 다크 필드에서 조사하므로 원형 선재의 이송 방향으로 넓게 광이 조사되어 원형 선재의 직경 변화나 진동에 관계없이 표면에서 반사되는 광이 항상 영상취득센서에 도달하게 되어 결함 검사가 가능하다. 따라서, 선재생산공정에서 원형 선재의 표면 결함 검출기를 설치할 경우에 원형 선재의 직경 변화 시에도 결함 검출기의 조정이 필요없이 상시 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 원형 면 형태의 외부 광을 광원으로 사용하고 최대 직경의 선재 외부에 원형 광의 겹침이 발생하도록 광원을 정렬할 경우에 라인 형태의 외부 광에 비하여 광원 정렬이 용이하고, 작은 직경의 선재에서는 광원 간의 겹침 량이 증대하므로 결함검사장치에 외부 충격이 가해져 영상취득센서나 외부 광원이 조사하는 광의 정렬에 미세한 변화가 발생하더라도 광의 정렬에 큰 영향을 미치지 않으므로 결함검출장치를 안정적으로 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선재의 외부 모양에 따라 조명의 개수를 변경할 필요성이 있을 경우에 기존의 조명 중에서 선택적으로 점멸이 가능하게 하고, 선재 표면의 평균 조도에 따라 조도의 세기를 원격으로 조정하는 것을 가능하게 한다. 만약, 각 조명장치의 상태를 원격으로 진단하여 조명이 정상적으로 이루어지지 않을 경우에는 자동으로 경고를 발생할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스테인레스강으로 제작된 원통형의 가이 딩 수단을 사용하고, 가이딩 수단의 끝 부분은 경사지게 하여 외부 광이 조사하는 선 상의 방해를 최소화하였다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 광 필터의 중심 파장이 450nm ~ 490nm이게 하여 고온의 선재의 자체 방사광의 영향을 제거하고, 외부에서 조사되는 청색 광의 반사 특성만 영상취득센서에 영향을 주게 하여 선재 표면의 결함정보를 정확하게 감지할 수 있게 할 뿐만 아니라, 고온의 선재에서 발생하는 복사열을 광 필터가 차단하게 하여 영상취득센서의 온도 상승을 방지할 수 있게 한다.

이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 살펴보기로 한다.

광 반사 특성을 이용한 원형 선재의 결함을 검사하는 방법은 다음과 같이 2가지의 방법이 있다.

(1) 1번째 방법

도 5와 같이, 원형 선재(2)가 생산되는 과정에서 검사자(9)가 일정 부분을 샘플링하여 외부 조명장치(3)를 통해 결함 검사를 수행할 수 있다. 이 경우에는 원형 선재(2)의 전장을 검사하기가 곤란하고, 특히 검사자(9)가 육안으로 결함을 검사하게 되므로 원형 선재(2) 표면의 제한된 부분에서만 결함 검사가 가능하다. 그리고, 원형 선재(2)의 생산 속도는 판재 금속의 생산 속도보다 빠른 특징이 있기 때문에 상세한 결함 검사가 불가능하다.

일반적으로, 원형 선재(2) 생산 과정에서 결함 검사를 수행하는 목적은 생산 과정에서 조기 결함 검사를 수행하여 생산 과정의 오류를 제거함으로써, 지속적인 대량 결함 발생을 방지하기 위한 것이다.

검사자(9)가 생산이 완료된 원형 선재(2)를 육안으로 검사하는 방법은 원형 선재(2)의 길이가 길고 권취되어 있기 때문에 전장 검사가 곤란하고, 권취된 원형 선재(2) 코일의 내부는 육안으로 결함을 검사하는 것이 곤란하다. 생산이 완료된 원형 선재(2)의 결함을 검사하는 목적은 고객에게 결함이 포함되지 않은 제품을 전달하는 것을 목적으로 하지만, 생산이 완료된 제품은 상기와 같이 원형 선재(2)의 전장 및 전면 결함 검사가 불가하기 때문에 고객에게 결함이 포함된 제품이 전달될 수 있기 때문이다.

원형 선재(2)의 원주 방향에서 외부 조명장치(3)의 광을 조사하고 원형 선재(2)의 표면에서 반사되는 반사광을 광학센서를 이용하여 수신한 후, 수신된 반사광에 의한 영상신호를 분석하여 결함의 유무를 판단하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 6과 같이, 영상신호를 분석하여 결함의 유무를 판단하는 방법은 외부 조명장치(3)와 원형 선재(2)의 표면에서 반사되는 반사광을 수신하여 광 신호를 전기신호로 변환하는 광학센서(1)와, 광학센서(1)에서 전달된 전기신호를 분석하여 결함의 존재 유무를 판단하는 신호처리수단(11)이 필요하다. 그리고, 원형 선재(2)의 이송 경로를 제한하는 가이딩 수단(10)도 필요하다.

조명장치(3), 광학센서(1) 및 신호처리수단(11)을 포함하는 결함검사기술은 일반적으로 공개된 기술이지만, 결함검사에 있어서 결함검출의 효율을 증대하기 위 하여 조명장치(3) 및 신호처리수단(11)을 포함하는 구성을 갖는 등록된 특허들이 있는데, 이들을 살펴보면 다음과 같다.

US 6,869,285,B1 특허에서는 고온(1200℃)에서 650nm의 파장 대역의 빛과 주변 파장 대역의 빛이 동시에 방사되는 환경에서 외부의 고온의 소재에서 발광하는 파장 대역과는 다른 대역에서 작동하는 외부 광을 검사 대상체에 조사하고, 광학센서에서는 외부 광의 반사광과 고온 소재에서 방사되는 광을 동시에 받고, 광학센서에서 외부 광의 반사광 영향이 크게 작용하도록 외부 광의 세기를 증가시켜 반사광의 영향을 크게 하고, 고온 소재의 자체 방사광의 영향을 감소시키는 방법을 사용하였다.

US 6,869,285,B1 특허에서는 고온의 원형 선재의 방사 광과 구별되는 외부 광(Halite Lamp, 435nm, 550nm, 575nm)을 사용하고, 도 2와 같이 광학센서(1) 전단에 특정한 파장의 대역만 통과하는 광학필터(5)를 설치하여 고온의 원형 선재(2)에서 발광하는 방사광의 영향을 제거하였다.

US 6,950,546 B2 특허에서는 도 7과 같이 고속으로 이송되는 압연된 고온의 원형 선재(2)의 정해진 이송 경로에 한정하기 위해서 가이딩 수단(10)을 사용한 경우에 적합한 광학표면 결함검사장치를 소개하고 있다. 고속으로 이송되는 원형 선재(2)의 경로를 한정하기 위한 가이딩 수단(10) 간의 거리 D는 최대로 50mm 이상을 확보할 수 없으며, 이러한 환경에서 원형 선재(2) 표면의 결함 검사를 위해서 광학센서, 조명장치 및 신호처리수단을 고안한 것이다.

도 8과 같이 선 형태의 광을 조사하는 조명장치(12)를 사용할 경우에 가이딩 수단(10)에 의해 경로가 한정된 원형 선재(2)가 진동하거나 원형 선재(2) 직경의 변화가 있을 경우에는, 선 형태의 외부 광의 반사 위치가 변하여 광학센서(13)에 감지되는 신호의 특성이 일정하지 않다.

도 9와 같이 선 형태의 광을 조사하는 조명장치(12)를 사용할 경우에는 광 분배기(beam split, 15)를 사용하여 조사되는 광의 경로와 반사되는 광의 경로를 일치시켜야 하나, 이것은 물리적으로 어렵다. 광 분배기(15)를 사용할 경우에는, 원형 선재(2)가 광을 완전히 반사하는 조건 하에서 조명장치(12)로부터 출발하여 광 분배기(15)를 통과한 광의 50%가 광학렌즈(14)를 통과하여 원형 선재(2)에 도달한다. 이후에는, 원형 선재(2)에서 반사되어 다시 광학렌즈(14)를 통과하고, 광 분배기(15)에서 25%의 광이 통과하여 광학센서(13)에 도달하므로 일반적인 반사조건에서 광원의 세기를 4배로 증대시켜야 한다.

따라서, US 6,950,546 B2 특허에서는 광 분배기를 사용하지 않기 위해서 광학센서와 외부 조명장치의 각도를 1°로 한다. 이러한 경우에도 외부의 선 조명의 폭이 작을 경우에는, 도 8과 같이 원형 선재(2)의 직경 변화가 크거나 원형 선재(2)의 진동의 폭이 클 경우에는 외부 광의 반사광이 광학센서(13)에 도달하지 못하는 경우가 발생한다.

본 발명은 종래의 광학센서를 이용한 고온의 원형 선재의 표면 결함검사장치를 제시한 특허 US 6,950,546 B2와는 다음과 같은 차별적인 내용을 갖는다.

(1) 시스템 구성에서 US 6,950,546 B2에서는 도 6과 같이 광학센서(1), 선 형태의 외부 조명장치(3), 신호처리수단(11) 및 직사각 기둥의 가이딩 수단(10)으 로 구성되어 있다. 그러나, 본 발명에서는 도 11과 같이 원형 면 형태의 광을 조사하는 조명장치(17)와, 이송되고 있는 원형 선재(2)에 반사된 조명장치(17)의 반사광을 받아 광신호를 생성하고 생성된 광신호를 영상신호로 변환하는 광학센서(13)와, 광학센서(13)로부터 영상신호를 수신하여 원형 선재(2)의 표면정보를 취득하는 신호처리수단(11)과, 원형 선재(2)의 이송 속도를 검출하는 속도검출계(18)와, 원형 선재(2)의 경로를 한정하는 가이딩 수단(19)과, 광학센서(13)의 하부에 구비되어 원형 선재(2)에 반사된 반사광을 받아 청색 파장의 대역은 통과시켜 광학센서로 전달하고 적외선 파장의 대역은 통과시키지 않는 광학필터(5)와, 조명장치(17)에 공급되는 전류를 감지하고 전류에 의해 조사된 광을 모니터링하는 조도 제어기(22)와, TCP/IP 방식으로 조도 제어기(22)를 점멸하거나 조도 제어기(22)의 동작을 제어하는 서버(23)을 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성에서 속도 검출계(18)는 레이저 속도계가 사용될 수 있다. 그리고, 가이딩 수단(19)의 재질은 스테인레스강이고, 원기둥 형태로 형성되어 원형 선재(2)를 둘러싸고 있으며, 그 일측 끝은 원뿔 형태로 형성될 수 있다. 또한, 조명장치(17)가 복수 개인 경우에는 서버(23)가 조명장치(17)를 선택적으로 점멸하고, 서버(23)는 조명장치(17)가 기 설정된 조도를 갖지 않는다는 것을 감지하면 경고음을 발생한다.

상기와 같은 구성을 통하여 검사 대상인 고온의 원형 선재(2) 직경의 변화에 따라 이송 속도가 변하더라도, 원형 선재(2)가 일정한 거리간격으로 이송될 때마다 속도 검출계가 이를 검출하여 광학센서에 전송함으로써, 원형 선재(2)의 표면정보 를 빠짐없이 취득할 수 있고, 결함검사 크기의 기준을 원형 선재(2)의 직경 변화에 관계없이 일정하게 적용할 수 있다.

(2) 광학센서의 배치에 있어서, 종래에는 도 10과 같이 원형 선재(2)의 이송 방향에 수직하는 방향과 유사한 브라이트 영역(bright field)에 광학센서(13)를 배치하여 조명장치(12)에서 조사되어 원형 선재(2)에 반사된 광 신호를 수신하여 영상을 취득하고, 조명장치(12)와 광학센서(13) 사이에는 광학필터(16)가 구비되었다. 그러나, 본 발명에서는 광학센서가 원형 선재에 반사된 반사광을 받는 방향과 원형 선재가 이송되는 방향이 50°~ 90°의 각도를 이루고, 조명장치가 조사하는 광의 방향과 원형 선재가 이송되는 방향의 수직 방향은 45°~ 65°의 각도를 이룬다. 그리고, 조명장치가 조사하는 광의 방향과 원형 선재의 원주 방향의 수직 방향이 45°~ 60°의 각도를 이룬다.

US 6,950,546 B2 특허에서는 광학센서와 외부 조명장치의 조사 각도가 브라이트 영역을 구성하므로, 원형 선재 결함검사장치의 설치 위치가 일반 철강의 압연 또는 사출 직후의 경우에 표면에 산화 스케일이 발생하지 않는 위치에 설치하도록 제한하고 있다. 고안된 결함검사장치가 압연 또는 사출 위치와 떨어져 있는 경우에 공기 중의 산소와 고온 철강 내부의 탄소 및 구성 물질이 화학적으로 반응하여 고온의 철강 표면에 얇은 스케일 층이 형성될 수 있으며, 스케일의 표면 거칠기는 일반적으로 압연된 철강 선재의 표면 거칠기보다 미세하여 광에 대한 반사도가 변하므로 스케일과 결함과의 구별이 어렵다.

본 발명에서는 광학센서와 외부 조명장치가 형성하는 각도와 외부 조명장치 의 조사 각도를 독립적으로 도 11과 같이 조절할 수 있게 하여 고온 철강의 표면에 스케일 층이 형성되더라도 취득된 영상에 대하여 스케일의 영향을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

US 6,950,546 B2 특허에서는 결함검사장치의 위치를 강재 압연 직후에 스케일이 형성되는 시점의 이전으로 한정하지만, 본 발명에서는 광학센서의 배치 각도를 변경하여 스케일 생성 후에도 취득된 영상에서 스케일 특성이 나타나지 않게 하는 장점이 있기 때문에 결함검사장치의 설치 위치의 범위를 넓게 할 수 있는 장점이 있다.

(3) 외부 광을 조사하는 조명장치의 배치에 있어서, US 6,950,546 B2 특허에서는 도 12와 같이 외부 조명장치(20)는 원형 선재(2) 이송 방향의 수직 방향으로 0.5°로 경사지게 조사되고, 원형 선재(2) 원주 방향의 수직 방향으로 0.5°로 경사지게 조사된다. 이러한 조명장치의 배치에서는 결함의 측면이 원형 선재(2) 원주 방향의 수직 방향과 근접할 경우에는 도 13과 같이 결함에 의해 나타나는 신호 대 잡음(S/N)비가 작다.

본 발명에서는 도 14와 같이 외부 조명장치(17)는 원형선재(2) 이송 방향의 수직 방향에서 상당히 큰 각도로 기울여서 조사하고, 원형 선재(2) 원주 방향에서도 원주 방향의 직각 방향에서 일정한 각도를 기울여서(dark field) 조사하게 된다. 본 발명과 같이 조명장치의 조사 각도를 원형 선재(2) 이송 방향의 수직 방향과 원주 방향의 수직 방향에서 기울여서 조사할 경우에 그래프에 나타낸 바와 같이 결함에 대한 신호 대 잡음비가 현저하게 증가한다.

도 15와 같이, 원형 선재 이송 방향으로 기울어진 각도 및 원주 방향의 수직 방향에서 기울어진 각도의 변화에 따른 Scratch, Lap, Fin, Scab의 선재 결함의 신호 대 잡음 비를 살펴보면, 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에서 조사된 외부 광의 기울기는 45°~ 65°에서 최대의 신호 대 잡음비를 나타내고, 원형 선재 원주 방향의 수직 방향에서 조사된 외부 광의 기울기는 45°~ 65°에서 최대의 신호 대 잡음 비를 나타내고 있다.

(4) 원형 선재의 직경 크기가 변할 경우에, US 6,950,546 B2 특허에서는 도 16과 같이 외부의 선 조명장치(12)을 사용하고, 선의 영상정보를 취득하는 광학센서(13)를 사용하였다. 이러한 경우에 원형 선재(2) 직경이 D1일 경우에는 광 조사 각도 및 광학센서(13)의 각도를 검은색 실선의 방향이 되게 조정하여야 하고, 원형선재(2)의 직경이 D2일 경우에는 광 조사 각도 및 광학센서(13)의 각도를 얇은 점선 방향이 되게 조정하여야 하며, 원형 선재(2)의 직경이 D3일 경우에는 광 조사 각도 및 광학센서(13)의 각도를 굵은 점선 방향이 되게 조절하여야 한다.

본 발명에서는 도 17과 같이 원형 선재(2)의 직경이 변하거나 이송되는 원형 선재(2)의 수직 방향 진동에 의해 외부 조명장치(17)가 조사하는 광의 반사 위치가 변하더라도 광학센서(13)에 광이 반사될 수 있게 고 에너지의 원형 외부 광을 사용하였다. 따라서, 본 발명에서 적용한 원형의 외부 광을 사용할 경우에는 원형 선재(2)의 직경 변화나 원형 선재(2)의 진동이 있는 경우에도 광학센서(13)에는 원형선재(2) 표면의 반사광이 감지되어 안정된 결함검사가 가능하다.

(5) 원형 선재의 표면에 외부 광이 조사된 후의 정렬에 대해서, US 6,950,546 B2 특허에서는 원형 선재의 표면에 선 형태의 조명을 조사하므로 도 18과 같이 원형 선재(2)의 표면에 외부 광의 선 정렬이 어렵고, 광학센서를 정확히 선으로 반사하는 원형 선재(2) 표면 위치에 일치시키기 어려운 점이 있다. 특히, 결함검사장치가 외부의 충격에 의해서 변형이 발생할 경우에는 외부의 선 형태의 광의 조사 각도와 광학센서의 인식 각도가 미세하게 변할 수 있어 정상적인 결함 검사를 수행할 수 없다.

특히, US 6,950,546 B2 특허에서는 원형 선재(2) 이송 방향의 수직 방향을 기준으로 0.5°방향으로 외부 광을 조사하고, 원형 선재(2) 이송 방향의 수직 방향을 기준으로 0.5°방향에 광학센서를 배치하여 반사광을 수신하도록 외부 광을 조사하는 조명장치와 광학센서를 조정하여야 하므로 검사를 매우 정밀하게 수행하여야 한다.

본 발명에서는 도 18의 (b)와 같이 외부의 원형 면 형태의 광을 원형 선재(2)의 표면에 조사하여 원형 선재(2)의 표면에는 타원 형태의 반사 모양을 형성하고 원형 면 형태의 광을 겹치도록 배치하므로, 조명장치와 광학센서의 정렬이 쉽고, 원형 면 형태의 조명을 조사하므로 조명장치의 정밀한 조사 각도 설정이 요구되지 않는다. 그리고, 외부의 충격으로 인한 검사장치의 미세 변형과는 무관하게 일관적인 결함검사가 가능하다. 특히, 원형 선재(2)의 직경 변화나 진동으로 인하여 원형 선재(2) 표면에서 외부 광이 반사되는 위치가 원형 선재(2) 이송 방향 및 원형 선재(2) 이송 방향의 수직 방향으로 변하더라도, 도 18의 (a)와 같은 선 형태의 조명에 대비하여 넓은 조사 면적을 갖는 원형 면 형태의 조명을 사용하기 때문 에 광학센서에 반사광이 도달하는 것을 보장할 수 있다.

(6) 조도의 제어에 대해서, 본 발명에서는 도 11과 같이 중심 파장이 450nm~490nm의 범위를 갖는 고전력 청색 LED(High Power Blue Light Emitter Diode) 반도체 소자와 같은 광학필터(5)가 이용되었고, 조명장치(17)에 공급되는 전류를 감지하여 조도의 세기를 독립적으로 제어한다.

(7) 고속 생산되는 원형 선재의 이송 경로를 한정하기 위한 가이딩 수단에 대해서, US 6,950,546 B2 특허에서는 도 7과 같이 원형 선재(2)의 이송 경로를 한정하기 위한 가이딩 수단(10)의 외관이 사각 기둥으로 구성되어 광학센서와 외부 조명장치가 형성할 수 있는 각도가 매우 제한적이다.

본 발명에서는 도 11과 같이 광학센서(13)와 외부 광을 조사하는 조명장치(17)가 형성할 수 있는 각도를 증대하기 위해서 원기둥 형태의 가이딩 수단(19)을 구비하였고, 가이딩 수단(19)의 일측 끝은 원뿔 형태를 갖는다.

(8) 광학센서와 조명장치가 구성하는 각도에 따른 결함검사의 성능에 대하여, 광학을 이용한 결함검사의 성능평가기준은 광학센서에서 감지되는 신호 중에서 정상적인 표면에서 감지되는 신호와 결함이 있는 곳에서 감지되는 신호의 레벨 차이가 주로 사용된다.

US 6,950,546 B2 특허에서는 도 13과 같이 광학센서(13)와 조명장치(3)가 이루는 각도를 1°이내로 하여 브라이트 영역(bright field)을 갖는다. 본 발명에서는 도 14와 같이 광학센서(13)가 원형 선재(2) 원주 방향의 수직 방향으로 배치되고, 외부 조명장치(17)의 조사 방향은 원형 선재(2) 이송 방향의 수직 방향에서 각 도(α)를 크게 하여 다크 영역(dark field)을 형성하며, 원형 선재(2) 원주 방향의 수직 방향에서 각도(β)를 크게 하여 더블 다크 영역(double dark field)을 형성한다. 이에 대한 결함검사의 성능(신호 대 잡음 비)을 평가한 결과는 도 19와 같다. 도 19와 같이, Scratch, Lap, Fin, Scab에 대한 결함검사 능력은 US 6,950,546 B2 특허에서 적용된 브라이트 영역에서보다는 본 발명에서 적용된 더블 다크 영역에서 신호 대 잡음 비가 우수함을 알 수 있다. 도 19에서, (60, 45) 및 (60, 60)은 (α, β)를 나타낸다.

본 발명의 원형 선재 광학결함 검출장치를 이용하여 도 20과 같은 롤 마모, Scab, Scratch와 같은 광학결함에 관한 영상을 취득하여 이들 각각에 대하여 원형 선재 광학결함 검출방법을 통해 원영상, 2차 편미분, 문턱값 적용, Morphology를 수행한 경우의 영상은 각각 도 21a, 도 21b, 도 21c와 같다. 도 21a, 도 21b, 도 21c를 살펴보면, 원형 선재 광학결함 검출방법을 적용하였을 경우에 실제의 광학결함 영상과 일치함을 알 수 있다. 512*512 픽셀 영상을 기준으로 결함검출 알고리즘 수행에 요구되는 시간을 평가한 결과, 원영상, 2차 편미분, 문턱값 적용, Morphology 알고리즘을 적용하는 시간은 3.4ms가 소요되고, 이동 평균값을 적용하는 시간은 0.67ms가 소요된다. 따라서, 원형 선재 이송 방향으로 선 영상을 취득하는 광학센서의 픽셀이 0.3mm로 원형 선재의 표면을 차지할 경우에 요구되는 처리시간은 50% 미만에서 광학결함의 검출을 수행할 수 있어 최대 1초당 18m가 생산되는 직경 14mm 이상 원형 선재 표면결함 검사장치에서 실시간으로 결함을 검사하는 것이 가능하다.

상기와 같은 원형 선재 광학결함 검출방법을 도 22를 통하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 신호처리수단이 광학센서로부터 원형 선재의 영상을 취득한다(S10). 광학센서는 원형 선재에 반사된 조명장치의 반사광을 받아 광신호를 생성하고, 생성된 광신호를 영상신호로 변환하는데, 신호처리수단은 이와 같은 원형 선재의 영상을 취득한다. 보통 광학센서로는 선 형태의 CCD(Charge Coupled Device) 광학센서가 쓰인다.

이후, 신호처리수단이 원형 선재의 영상을 필터링한다(S20). 원형 선재의 영상을 필터링하는 이유는 원형 선재의 영상에 포함된 미세한 잡음신호를 제거하고, 결함의 에지 성분을 유지하기 위함인데, 가우시안 평활필터가 이용된다.

이후, 신호처리수단이 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제1 선 형태의 영상을 2차 편미분한다(S30). 연속적으로 생산되는 원형 선재는 결함 형태가 길이 방향으로 생성되기 때문에, 길이 방향의 결함 특성을 강화하기 위한 것이다.

이후, 신호처리수단이 상기 제1의 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값을 평균화하여 제1 문턱값을 설정한다(S40). 이것은 원형 선재 이송 방향으로 변화하는 반사특성에 대한 추종이 가능하게 하기 위한 것인데, 연속적으로 수신된 20개 라인의 2차 편미분한 값을 평균화하여 문턱값을 설정한다.

이후, 신호처리수단이 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한다(S50). S30 과정에서와 마찬가지로, 이것은 연속적으로 생산되는 원형 선재가 결함 형태가 길이 방향으로 생성되기 때문에 길이 방향의 결 함 특성을 강화하기 위한 것이다.

이후, 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 제1 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내인지를 판단한다(S60). 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 제1 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내이면, 신호처리수단이 상기 제1 선 형태의 영상을 제거하고, 제2 선 형태의 영상을 축적한다(S70). 이 과정은 S30에서 2차 편미분한 값을 S50에서 2차 편미분한 값으로 대치하는 과정이다. 보통 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 문턱값과의 오차가 20% 이내이면, 영상의 픽셀이 결함이 없는 것으로 판단한다. 그러나, 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 문턱값과의 오차가 20%를 벗어나면, 영상의 픽셀이 결함이 있는 것으로 판단한다.

이후, 신호처리수단이 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값을 평균화하여 제2 문턱값을 설정한다(S80). 이것도 S40 과정과 마찬가지로 원형 선재 이송 방향으로 변화하는 반사특성에 대한 추종이 가능하게 하기 위한 것인데, 연속적으로 수신된 20개 라인의 2차 편미분한 값을 평균화하여 문턱값을 설정한다.

이후, 신호처리수단이 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한다(S90). S50 과정에서와 마찬가지로, 이것은 연속적으로 생산되는 원형 선재는 결함 형태가 길이 방향으로 생성되기 때문에, 길이 방향의 결함 특성을 강화하기 위한 것이다.

이후, 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 제2 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내인지를 판단한다(S100). 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 제2 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내가 아니면, 신호처리수단이 상기 제2 선 형태의 영상 픽셀의 축소 및 확대를 설정된 회수로 반복한다(S110).

이후, 제2 선 형태의 영상 픽셀이 1개의 픽셀로 변환되는지를 판단한다 (S120). 제2 선 형태의 영상 픽셀이 1개의 픽셀로 변환되지 않으면, 신호처리수단이 제2 선 형태의 영상 픽셀을 결함으로 검출한다(S130).

상기 S60 과정에서 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 제1 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내가 아니면, 영상 픽셀을 결함으로 검출한다.

그리고, S100 과정에서 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 제2 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내이거나 S120 과정에서 제2 선 형태의 영상 픽셀이 1개의 픽셀로 변환되면, 영상 픽셀을 결함으로 검출하지 못한다.

본 발명의 일 측면은 일반강, 스테인레스강, 알루미늄, 구리와 같은 철강 및 비철강 재료의 압연 및 사출공정으로 생산되는 제품에 적용할 수 있고, 표면결함은 고온의 냉간 상태에서 고속 이동 상태의 압연 및 사출과정에 적용할 수 있다.

도 1은 고온 원형 선재의 자발광을 이용한 표면결함 검사장치의 사시도이다.

도 2는 고온 원형 선재에 외부 광을 조사하여 반사된 반사 광을 이용한 표면결함 검사장치의 사시도이다.

도 3은 철강 판재 표면결함 검사장치의 폭 방향 거리에 따른 신호검출센서 신호의 크기를 나타낸 그래프이다.

도 4는 원형 철강 표면결함 검사장치의 폭 방향 거리에 따른 신호검출센서 신호의 크기를 나타낸 그래프이다.

도 5는 고온 원형 선재의 생산과정에서 압연 후에 육안 검사자가 조명장치를 이용하여 결함검사를 수행하는 상태도이다.

도 6은 종래의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치의 사시도이다.

도 7은 도 6의 가이딩 장치를 확대한 사시도이다.

도 8은 종래의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치 이용시 원형 선재의 직경 변화 또는 진동 발생시 반사광의 경로 변화를 나타낸 도면이다.

도 9는 고온 원형 선재의 표면결함검사를 위해 광 분배기를 적용하여 브라이트 영역에 조사하여 조사된 광의 이동 경로를 나타낸 도면이다.

도 10은 종래의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치의 선 조명 조사상태와 반사 광이 광학센서에 도달하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치에서 조명장치와 광학센서 사이의 각도 변화 상태를 나타낸 도면이다.

도 12는 종래의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치에서 조명장치와 광학센서 사이의 각도 변화 상태를 나타낸 도면이다.

도 13은 종래의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치에서 조명장치와 광학센서의 배치에 따른 원주방향 신호특성과 길이방향 신호특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 본 발명의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치에서 조명장치와 광학센서의 배치에 따른 원주방향 신호특성과 길이방향 신호특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 15는 원형 선재 표면결함 중에서 원형 선재 이송 방향으로 기울어진 각도에 대한 원주의 수직 방향에서 기울어진 각도를 나타낸 도면이다.

도 16은 종래의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치 이용시 원형 선재의 직경 변화 또는 진동 발생시 반사광의 경로 변화를 나타낸 도면이다.

도 17은 본 발명의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치에서 원형 조명을 다크 영역에 조사할 경우의 원형 선재의 직경 변화 또는 진동 발생시 반사광의 경로 변화를 나타낸 도면이다.

도 18은 원형 선재 표면에 종래기술과 본 발명의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치를 이용한 조명 정렬상태를 나타낸 도면이다.

도 19는 원형 선재 표면에 존재하는 Scratch, Fin, Lap, Scab 결함에 대한 조사 각도별 신호 대 잡음비를 측정한 도면이다.

도 20는 본 발명의 고온 원형 선재 표면결함 검사장치를 이용하여 취득한 롤 마모 결함, Scab 결함, Scratch 결함에 대한 영상을 나타낸 도면이다.

도 21a는 도 20의 롤 마모 결함시의 광학결함 검출과정의 영상을 나타낸 도면이다.

도 21b는 도 20의 Scab 결함시의 광학결함 검출과정의 영상을 나타낸 도면이다.

도 21c는 도 20의 Scratch 결함시의 광학결함 검출과정의 영상을 나타낸 도면이다.

도 22는 본 발명의 원형 선재 광학결함 검출방법의 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광학센서 2 : 원형 선재

3, 12, 17, 20 : 조명장치 5 : 광학필터

6 : 판재 9 : 검사자

10 : 가이딩 수단 11 : 신호처리수단

13 : 광학센서 14 : 광학렌즈

15 : 광 분배기 16 : 광학필터

18 : 속도검출계 19 : 가이딩 수단

22 : 조도 제어기 23 : 서버

Claims

원형 면 형태의 광을 조사하는 조명장치;

이송되고 있는 원형 선재에 반사된 상기 조명장치의 반사광을 받아 광신호를 생성하고, 상기 생성된 광신호를 영상신호로 변환하는 광학센서; 및

상기 광학센서로부터 영상신호를 수신하여 상기 원형 선재의 표면정보를 취득하는 신호처리수단;

을 포함하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 원형 선재의 이송 속도를 검출하는 속도검출계를 더 포함하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제2항에 있어서,

상기 속도검출계는 레이저 속도계인 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제2항에 있어서,

상기 원형 선재가 일정한 거리 간격으로 이송될 때마다 상기 속도검출계가 이를 검출하여 상기 광학센서에 전송하는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 원형 선재의 경로를 한정하는 가이딩 수단을 더 포함하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제5항에 있어서,

상기 가이딩 수단은 원기둥 형태로 형성되어 상기 원형 선재를 둘러싸고 있고, 그 일측 끝은 원뿔 형태인 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제5항에 있어서,

상기 가이딩 수단의 재질은 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 광학센서가 상기 원형 선재에 반사된 반사광을 받는 방향과 상기 원형 선재가 이송되는 방향은 50°~ 90°의 각도 중에서 어느 하나의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 조명장치가 조사하는 광의 방향과 상기 원형 선재가 이송되는 방향의 수직 방향은 45°~ 65°의 각도 중에서 어느 하나의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 조명장치가 조사하는 광의 방향과 상기 원형 선재의 원주 방향의 수직 방향은 45°~ 60°의 각도 중에서 어느 하나의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 광학센서의 하부에 구비되어 상기 원형 선재에 반사된 반사광을 받아 청색 파장의 대역은 통과시켜 상기 광학센서로 전달하고 적외선 파장의 대역은 통과시키지 않는 광학필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제11항에 있어서,

상기 광학필터는 중심 파장이 450nm ~ 490nm 중에서 어느 하나의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제1항에 있어서,

상기 조명장치에 공급되는 전류를 감지하고 상기 전류에 의해 조사된 광을 모니터링하는 조도 제어기를 더 포함하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제13항에 있어서,

TCP/IP 방식으로 상기 조도 제어기를 점멸하거나 상기 조도 제어기의 동작을 제어하는 서버를 더 포함하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제14항에 있어서,

상기 조명장치가 복수 개인 경우에는 서버가 상기 조명장치를 선택적으로 점멸하는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
제14항에 있어서,

상기 서버는 상기 조명장치가 기 설정된 조도를 갖지 않는다는 것을 감지하면 경고음을 발생하는 것을 특징으로 하는 원형 선재 광학결함 검출장치.
신호처리수단이 광학센서로부터 원형 선재의 영상을 취득하는 제1단계;

상기 신호처리수단이 상기 원형 선재의 영상을 필터링하는 제2단계;

상기 신호처리수단이 상기 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제1 선 형태의 영상을 2차 편미분하는 제3단계;

상기 신호처리수단이 상기 제1의 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값을 평균 화하여 제1 문턱값을 설정하는 제4단계;

상기 신호처리수단이 상기 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분하는 제5단계;

상기 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 상기 제1 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내이면, 상기 신호처리수단이 상기 제1 선 형태의 영상을 제거하고, 상기 제2 선 형태의 영상을 축적하는 제6단계;

상기 신호처리수단이 상기 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값을 평균화하여 제2 문턱값을 설정하는 제7단계;

상기 신호처리수단이 상기 원형 선재 이송 방향의 수직 방향에 대한 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분하는 제8단계;

상기 제2 선 형태의 영상을 2차 편미분한 값이 상기 제2 문턱값과의 오차가 기 설정된 범위 이내이면, 신호처리수단이 상기 제2 선 형태의 영상 픽셀의 축소 및 확대를 설정된 회수로 반복하는 제9단계; 및

상기 제2 선 형태의 영상 픽셀이 1개의 픽셀로 변환되지 않으면, 상기 신호처리수단이 상기 제2 선 형태의 영상 픽셀을 결함으로 검출하는 제10단계;

를 포함하는 원형 선재 광학결함 검출방법.