KR20120123719A - 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법 및 그 표면 검사 장치 - Google Patents

수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법 및 그 표면 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 관한 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법은, 소정의 편광 각도로 직선 편광된 시트형상의 광을 피막의 브루우스터 각도와 소정의 각도 이상 다른 입사 각도로 강판에 조사하는 공정과, 편광 각도 0도의 직선 편광을, 입사광의 정반사 각도에 대해 소정의 각도 어긋나게 한 수광 각도로 촬상하는 공정을 포함한다. 이것에 의해, 수지 성분에 의존해서 입사 각도 및 수광 각도를 변경할 필요가 없으며, 피막 자체의 이상을 관찰하지 않고, 강판 기지면을 정밀도 좋게 검사할 수 있다.

Description

수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법 및 그 표면 검사 장치{SURFACE DETECTION METHOD FOR STEEL PLATE HAVING RESIN COATING FILM AND SURFACE DETECTION DEVICE FOR SAME}
본 발명은 투명한 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법 및 그 표면 검사 장치에 관한 것이다.
강판의 표면 검사에 있어서는, 통상 정반사와 확산반사의 양쪽을 이용해서 검사하는 경우가 많다. 편광을 이용하지 않는 통상의 장치를 수지 코팅된 강판의 검사에 사용하면, 정반사에 있어서 코팅 표면의 반사가 지나치게 강하고, 강판 기지면이 숨겨지는 것에 의해서, 결함 검출이 곤란해진다. 이것은 예를 들면 낮에 강의 수면을 관찰하면, 수면의 반사가 강해서 강바닥이 보이지 않는 현상과 동일한 현상이다.
그런데, 편광 필터를 이용해서, 강판의 면에 평행한 편광인 S편광의 반사를 억제하는 기술이 있다. 이 기술은 강판면에 수직한 방향의 P편광만을 투과하는 편광 필터를 수광측에 이용하는 것에 의해서 실현할 수 있다. 이것은 널리 시판되고 있는 편광 안경에 의해서 수면의 S편광의 반사를 억제하는 것에 의해서, 물 밑바닥이 보이게 되는 현상과 동일한 현상이다.
이것을 공업적으로 실현한 것으로서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 검사 방법이 있다. 이들은 광원의 각도를 브루우스터 각(Brewster's angle)이라고 하는 특수한 각도로 설정하는 것이다. P편광의 반사는 브루우스터 각에서 제로로 되기 때문에, 수광측에 S편광을 자르는 P편광 방향의 필터를 설치하는 것에 의해, 코팅 피막 표면으로부터의 반사를 억제할 수 있다.
일본국 특허공개공보 2008-26060호 일본국 특허공개공보 2002-214150호
특허문헌 1 및 특허문헌 2의 검사 방법에 있어서 설정되는 브루우스터 각도는 수지 피막의 굴절률에 의해서 변화하는 성질이 있다. 이 때문에, 피막 성분이 다른 경우에는, 그 때마다 광원의 각도를 다시 설정하지 않으면 안 된다. 수광측은 통상, 광원 각도에 대응한 수광 각도를 설정할 필요가 있으므로, 수광측도 수광 각도의 변경을 하는 것이 불가피하다. 따라서, 장치 구성이 복잡해진다. 한편, 본원발명의 발명자들의 지견에 의하면, S편광을 자를 수 있어도, 정반사 각도에 있어서는 수지 피막 그 자체의 두께, 성분 또는 무언가의 이상이 강하게 관찰된다. 따라서, 이 종류의 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사에 있어서는 해결해야 할 기술 과제로서 다음의 2점이 있다.
(1) 수지 성분에 의존해서 광원의 입사 각도 및 수광 각도를 변경하지 않으면 안 된다.
(2) 정반사 수광에 있어서, 피막 부분의 이상이 보여져 버려, 강판 기지면의 관찰이 곤란해진다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 수지 성분에 의존해서 입사 각도 등을 변경할 필요가 없고, 강판 기지면을 정밀도 좋게 검사하는 것을 가능하게 한 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법 및 그 표면 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법은, 수지 피막을 갖는 강판을 촬상해서 표면 결함을 검사하는 표면 검사 방법으로서, 소정의 편광 각도로 직선 편광된 시트형상의 광을 소정의 입사 각도로 상기 강판에 조사하는 공정과, 편광 각도 0도의 직선 편광을, 입사광의 정반사 각도에 대해 소정의 각도 어긋나게 한 수광 각도로 촬상하는 공정을 포함한다. 상기 소정의 입사 각도는 상기 피막의 브루우스터 각도와 소정의 각도(예를 들면 1도) 이상 다른 것이 바람직하다. 또, 정반사 수광 각도로부터 소정의 각도(예를 들면 10도 이상) 어긋나게 한 각도로 상기 강판 표면을 촬상하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 장치는, 수지 피막을 갖는 강판을 촬상해서 표면 결함을 검사하는 표면 검사 장치로서, 소정의 편광 각도로 직선 편광된 시트형상의 광을 상기 강판에 소정의 입사 각도로 조사하는 광원과, 편광 각도 0도의 직선 편광을, 입사광의 정반사 각도에 대해 소정의 각도 어긋나게 한 수광 각도로 촬상하는 제 1 촬상 장치를 구비한다. 상기 광원은 그 입사 각도가, 상기 수지 피막의 브루우스터 각도와 소정의 각도(예를 들면 1도) 이상 다른 각도로 설정되는 것이 바람직하다. 또, 정반사 수광 각도로부터 소정의 각도(예를 들면 10도 이상) 어긋나게 한 각도로 상기 강판 표면을 촬상하는 제 2 촬상 장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 소정의 편광 각도로 직선 편광된 시트형상의 광을 소정의 입사 각도로 강판에 조사하고, 편광 각도 약 0도의 직선 편광을 입사광의 정반사 각도에 대해 소정의 각도 어긋나게 한 수광 각도로 촬상하도록 하고 있다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 피막으로부터의 반사가 억제되며, 피막 자체의 이상을 관찰하지 않고, 강판의 기지면을 관찰할 수 있으며, 고정밀도의 검사가 가능해진다. 또, 본 발명에 의하면, 수지 성분에 의존해서 입사 각도 및 수광 각도를 변경할 필요가 없고, 강판 기지면을 정밀도 좋게 검사할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 시트형상의 광을 피막의 브루우스터 각도와 소정의 각도(예를 들면 1도) 이상 다른 입사 각도로 강판에 조사하고 있고, 이 때문에 안정된 반사에 의한 검사가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 수광측에 편광 필터를 배치한 경우의 광학계의 편광 상태를 설명하는 도면이다.
도 3a는 도 2의 광학계에 있어서 편광 필터가 없는 경우의 샘플 결함 화상의 예를 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 2의 광학계에 있어서 편광 필터가 있는 경우의 샘플 결함 화상의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 준정반사(semi-regular reflection) 카메라의 수광 각도와 결함 화상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5a는 정반사의 위치에 카메라를 배치한 경우의 수지 피막을 갖는 강판의 화상의 예를 나타내는 도면이다.
도 5b는 확산광을 수광하는 위치에 카메라를 배치한 경우의 수지 피막을 갖는 강판의 화상의 예를 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 수지 피막을 갖는 강판(이하, 단지 강판이라고 함)의 표면 검사 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 표면 검사 장치는 압연, 소둔, 수지 코팅 등을 거쳐, 코일형상으로 권취(감기)되기 직전의 강판 표면의 결함 검사에 적용된다. 강판의 양면에는 트랜스 등에 사용될 때에 상하의 강판과 절연하기 위해, 수지 피막이 형성되어 있다. 결함 검사는 강판의 양면이 대상이 되지만, 도 1의 예에 있어서는 편의상 한쪽의 표면을 검사하는 사례에 대해 도시되어 있다.
이 표면 검사 장치는 발광측에, 시트형상 광원(10) 및 편광 필터(11)를 구비하고 있다. 시트형상 광원(10)은 복수의 램프, 램프마다 라인형상으로 배열된 광파이버 번들(bundle)(이후, 번들 파이버라고 함), 및 원기둥 렌즈를 구비하고, 전체적으로 시트형상(라인형상)의 광을 출사(出射)하도록 형성되어 있다. 시트형상 광원(10)은 강판(30)에 대한 입사각이 예를 들면 60도가 되도록 배치되고, 편광 필터(11)를 통해 시트형상의 광을 강판(30)에 조사한다. 입사각을 60도로 설정한 이유는, 강판(30)의 피막의 브루우스터 각도와 소정의 각도(예를 들면 1도) 이상 다른 입사 각도로 하기 위해서이다. 수지 피막의 성분은 예를 들면 투명한 아크릴 수지이며, 그 브루우스터 각도는 56.1도이다. 따라서, 강판(30)에의 광원의 입사 각도는 60.0도로 설정된다. 편광 필터(11)는 예를 들면 45도의 편광 필터로 구성되어 있다. 편광 필터(11)는 시트형상 광원(10)과 강판(30)의 사이, 예를 들면 시트형상 광원(10)의 출사면에 근접해서 배치되고, 시트형상 광원(10)으로부터의 시트형상(라인형상)의 광을 직선 편광한다. 편광 각도는 강판의 법선의 방향을 0(제로)도로 한다.
이 표면 검사 장치는 수광측에, 편광 필터(21), 준정반사 카메라(22), 확산 카메라(23), 및 화상 처리 장치(24)를 구비하고 있다. 편광 필터(21)는 예를 들면 약 0도(-5 내지 5도)의 편광 각도로 설정한다. 준정반사 카메라(22)는 라인 센서로 구성되어 있다. 준정반사 카메라(22)는 그 수광각이 예를 들면 57.5도가 되도록 배치되고, 편광 필터(21)를 통해 강판(30)으로부터의 반사광에 의거한 영상을 촬영한다. 확산 카메라(23)는 라인 센서로 구성되고, 그 수광각이 30도 내지 50도의 범위가 되도록 배치된다. 이 예에서는 수광각이 40도가 되도록 배치된다. 통상, 확산 카메라(23)와 강판(30)의 사이에는 편광 필터는 설치하지 않는다. 화상 처리 장치(24)는 준정반사 카메라(22) 및 확산 카메라(23)의 출력을 받아들여 화상 처리 하고, 표면 결함의 유무를 판정한다. 준정반사 카메라(22)는 본 발명의 제 1 촬상 장치, 확산 카메라(23)는 본 발명의 제 2 촬상 장치에 상당한다.
다음에, 편광 필터(21) 및 준정반사 카메라(22)를 도 1과 같이 배치한 기술적인 의의를 도 2 내지 도 4에 의거해서 설명하고, 확산 카메라(23)를 도 1과 같이 배치한 기술적인 의의를 도 5에 의거해서 설명한다.
도 2는 수광측에 편광 필터(21)를 배치한 경우의 광학계의 편광 상태를 설명하는 도면이다. 강판(30)의 코팅 표면 반사광은 S편광 성분이 많다. 따라서, 편광 필터(21)에 의해 S편광을 자르는 것에 의해서, 코팅 표면 반사광은 1/2이하가 되어, 코팅 표면으로부터의 반사가 억제되고, 강판(30)의 기지면이 보기 쉬워진다.
도 3a, 도 3b는 각각, 도 2의 광학계에 있어서 편광 필터가 없는 경우와 있는 경우의, 동일 샘플의 결함 화상의 예이다. 도 3a에 나타나는 바와 같이, 편광 필터(21)가 없는 경우에는, 결함 신호와 노이즈 신호의 비 S/N이 1.3이 되고, 결함이 잘 보이지 않게 된다. 그러나, 도 3b에 나타나는 바와 같이, 편광 필터(21)가 있는 경우에는 S/N이 2.6이 되고, 결함이 보기 쉽게 되어 있다.
도 4는 준정반사 카메라(22)의 수광 각도와 결함 화상의 관계를 나타낸 도면이다. 도 4에 있어서는, 카메라의 수광 각도를 60도(정반사 수광), 59도, 및 57.5도로 했을 때의 결함 화상의 예가 도시되어 있다. 카메라의 수광 각도가 60도일 때에는 S/N이 낮고, 결함을 검출할 수 없다. 이것에 대해, 카메라의 수광 각도를 조금씩 어긋나게 하고, 카메라의 수광 각도를 59도, 57.5도로 함에 따라, 수지 피막의 불균질에 기인한다고 생각되는 노이즈가 잘 보이지 않게 되고, S/N이 높아진다. 카메라의 수광 각도를, 정반사의 위치로부터 예를 들면 2도 내지 5도 정도 어긋나게 하면, S/N이 개선되는 것이 확인되고 있다. 그 경우에 있어서도, 전방 확산보다 후방 확산, 즉 수광 각도가 작아지는 방향으로 어긋나게 하는 쪽이 양호한 것도 확인되고 있다. 본 발명에 있어서는, 이와 같이, 정반사의 위치로부터 상기의 각도를 어긋나게 한 상태를 준정반사라고 칭하고 있다. 또한, 5도를 초과해서 기울이면 정반사보다 오히려 확산반사의 촬상으로 되므로, 준정반사로 검출해야 할 결함을 검출할 수 없게 될 가능성이 있다.
도 5a, 도 5b는 각각 확산 카메라(23)의 수광 각도의 설명도이다. 도 5a에 나타나는 바와 같이, 정반사의 위치에 카메라를 배치하면, 코팅에 의한 반사광이 강하고, 강판의 표면 반사가 숨겨져 버린다. 그 결과, 카메라에 의해 촬상된 화상에서는 코팅 불균일이 보이지만, 기지면(결함)은 보이지 않는 상태가 된다. 그러나, 도 5b에 나타나는 바와 같이, 확산광을 수광하는 위치(정반사 수광 각도로부터 소정의 각도(예를 들면 10도 이상) 어긋나게 한 각도)에 카메라를 배치하면, 정반사광의 영향이 없어지고, 기지면(결함)이 좋게 보이는 상태가 된다. 또한, 도 5a, 도 5b의 화상은 비결함부를 촬상한 것이다.
이상의 설명에 의해, 본 실시형태에 있어서의 편광 필터(21), 준정반사 카메라(22), 및 확산 카메라(23)의 기술적인 의의가 명백해진 바, 도 1로 되돌려서, 화상 처리 장치(24)에 대해 설명한다.
화상 처리 장치(24)는 준정반사 카메라(22) 및 확산 카메라(23)가 각각 촬상한 영상 신호에 화상 처리를 실시하고, 휘도값을 소정의 임계값과 대비하는 것에 의해서 표면 결함의 유무를 판정한다. 강판은 검사 위치의 상류에 있어서 용접되어 있고, 검사 위치에서는 연속적이지만, 검사 장치의 하류에서 시어(shear)에 의해서 절단되고 코일로서 출하된다. 이 때문에, 검사 장치는 절단 위치의 정보를 기초로 코일마다 결함 맵을 작성하고, 결함수 또는 밀도 등의 관리 기준에 비추어, 고객에게 출하 가능한지 어떤지를 코일마다 판단한다. 화상 처리 장치(24)는 그 판단 결과를 상위 통신망을 통해 출하 관리 부문에 전송한다.
이상과 같이 본 실시형태에 있어서는, 편광 필터(11)로 소정의 편광 각도(예를 들면 45도)에서 직선 편광된 시트형상의 광을 강판(30)에 조사하고, 그 반사광을 편광 필터(21)에서 편광하며, 편광 각도 약 0도의 직선 편광을, 입사광의 정반사 각도에 대해 소정의 각도 어긋나게 한 수광 각도로 준정반사 카메라(22)에 의해 촬상하도록 하고 있다. 이 때문에, 피막 표면으로부터의 반사가 억제되며, 피막 자체의 이상을 관찰하지 않고, 강판(30)의 기지면을 관찰할 수 있도록 되며, 고정밀도의 검사가 가능해진다. 특히, 본 실시형태에 있어서는, 광원측에 약 45도의 직선 편광을 이용해서, P편광과 S편광의 비율을 광원측에서 약 1:1로 안정시키고, 또한, 브루우스터 각도를 피한 각도로 입사하는 구성을 채용하고 있다. 이 때문에, 피막 표면 반사의 억제 효과가 안정되게 얻어진다. 본원발명의 발명자들의 지견에 의하면, 이와 같은 효과는 편광 필터(11)의 편광 각도를, 30 내지 60도의 사이의 각도로 설정하면, 대략 양호하다. 또한, 시트형상 광원(10)으로부터의 광의 입사각은 40?85°의 범위내로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 시트형상 광원(10)으로부터 시트형상의 광을 피막의 브루우스터 각도와 1도 이상 다른 입사 각도로 강판에 조사하고 있고, 안정된 반사에 의한 검사가 가능해지고 있다. 브루우스터 각도를 설정해서 검사하는 방법에는 이하의 과제가 있지만, 상기와 같이 본 실시형태에 있어서는 이들 과제가 모두 해결되고 있다.
(1) 브루우스터 각도는 P편광 반사가 제로가 되는 핀포인트가 미묘한 각도이며, 설정에는 0.1도 미만의 입사 각도의 정밀도를 필요로 한다. 입사 각도가 브루우스터 각도로부터 0.1도 어긋나면, 수지 표면으로부터 P편광이 반사되어 강판의 기지면이 잘 보이지 않게 된다. 강판과 같은 대규모의 제조 라인에 있어서의 공업적 응용에서는 입사 각도의 유지가 곤란하기 때문에, 검사 결과가 불안정해진다.
(2) 수지의 성분마다 다른 브루우스터 각도의 설정이 필요해져서, 장치가 복잡화한다.
(3) 수지의 두께에 의존한 모양이 검출되기 때문에, 충분한 검사가 곤란하다.
본 실시형태에 있어서는, 정반사 수광 각도로부터 소정의 각도 어긋나게 한 각도로 강판 표면을 확산 카메라(23)에 의해 촬상하는 것에 의해서, 고정밀도의 검사가 가능해진다. 또, 확산 카메라(23)에 의한 촬상과 준정반사 카메라(22)에 의한 촬상을 결합시키는 것에 의해서, 더욱 고정밀도의 검사가 가능해진다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 상기와 같이 피막을 갖는 강판의 안정된 표면 검사가 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 고객에의 품질 보증 레벨이 향상하고, 또한 실시간으로 제품 품질이 파악 가능해져, 공정내의 이상의 발견이 빨라져서 수율, 생산성이 향상한다.
이상, 본 발명자에 의해서 실시된 발명을 적용한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 일은 없다. 예를 들면, 이와 같이, 본 실시형태에 의거해서 당업자 등에 의해 실시되는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 투명한 수지 피막을 갖는 강판의 표면의 결함 검사에 적용할 수 있다.
10; 시트형상 광원 11; 편광 필터
21; 편광 필터 22; 준정반사 카메라
23; 확산 카메라 24; 화상 처리 장치
30; 강판

Claims (6)

  1. 수지 피막을 갖는 강판을 촬상해서 표면 결함을 검사하는 표면 검사 방법으로서,
    소정의 편광 각도로 직선 편광된 시트형상의 광을 상기 강판에 조사하는 공정과,
    편광 각도 0도의 직선 편광을, 입사광의 정반사 각도에 대해 소정의 각도 어긋나게 한 수광 각도로 촬상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시트형상의 광을, 상기 피막의 브루우스터 각도와 소정의 각도 이상 다른 입사 각도로, 상기 강판에 조사하는 것을 특징으로 하는 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    정반사 수광 각도로부터 소정의 각도 어긋나게 한 각도로 상기 강판 표면을 촬상하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 방법.
  4. 수지 피막을 갖는 강판을 촬상해서 표면 결함을 검사하는 표면 검사 장치로서,
    소정의 편광 각도로 직선 편광된 시트형상의 광을 상기 강판에 조사하는 광원과,
    편광 각도 0도의 직선 편광을, 입사광의 정반사 각도에 대해 소정의 각도 어긋나게 한 수광 각도로 촬상하는 제 1 촬상 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원은 그 입사 각도가, 상기 수지 피막의 브루우스터 각도와 소정의 각도 이상 다른 각도로 설정되는 것을 특징으로 하는 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    정반사 수광 각도로부터 소정의 각도 어긋나게 한 각도로 상기 강판 표면을 촬상하는 제 2 촬상 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 수지 피막을 갖는 강판의 표면 검사 장치.
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