KR20180009791A - 표면 결함 검출 방법, 표면 결함 검출 장치 및, 강재의 제조 방법 - Google Patents

표면 결함 검출 방법, 표면 결함 검출 장치 및, 강재의 제조 방법 Download PDF

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타카히로 고시하라
아키히로 오가와
유키노리 이이즈카
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Abstract

본 발명에 따른 표면 결함 검출 방법은, 강재의 표면 결함을 광학적으로 검출하는 표면 결함 검출 방법으로서, 2개 이상의 변별 가능한 광원을 이용하여 동일한 검사 대상 부위에 상이한 방향으로부터 조명광을 조사하는 조사 스텝과, 각 조명광의 반사광에 의한 화상을 취득하고, 취득한 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 검사 대상 부위에 있어서의 표면 결함을 검출하는 검출 스텝을 포함하고, 검사 대상 부위에 대한 각 광원의 조명광의 입사각이 60°이상 82.5°이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

Description

표면 결함 검출 방법, 표면 결함 검출 장치 및, 강재의 제조 방법{SURFACE FLAW DETECTION METHOD, SURFACE FLAW DETECTION DEVICE, AND MANUFACTURING METHOD FOR STEEL MATERIAL}
본 발명은, 강재의 표면 결함(surface flaw)을 광학적으로 검출하는 표면 결함 검출 방법 및, 표면 결함 검출 장치와, 이 표면 결함 검출 방법을 이용하여 강재의 표면 결함을 검출하고, 검출 결과에 기초하여 강재를 제조하는 강재의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 철강 제품의 제조 공정에서는, 대량 부적합 방지에 의한 수율 향상의 관점에서, 열간 또는 냉간에서 강재의 표면 결함을 검출하는 것이 요구되고 있다. 여기에서 말하는 강재란, 이음매 없는 강관(seamless steel pipe), 용접 강관, 열연 강판, 냉연 강판, 후판 등의 강판이나 형강을 비롯한 철강 제품 및, 이들 철강 제품이 제조되는 과정에서 생성되는 슬래브(slab) 등의 반제품을 의미한다. 이 때문에, 강재의 표면 결함을 검출하는 방법으로서, 이음매 없는 강관의 제조 공정에 있어서의 빌릿(billet)에 빛을 조사하여 반사광을 수광하고, 반사광의 광량에 따라 표면 결함의 유무를 판별하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 열간 강재로부터 방사되는 자발광과 상호 영향을 미치지 않고, 서로 영향을 미치지 않는 복수의 파장역의 가시광을, 열간 강재 표면의 법선에 대하여 서로 대칭인 경사 방향으로부터 조사하고, 합성 반사광에 의한 상(images) 및 개개의 반사광에 의한 상을 열간 강재 표면의 법선 방향에서 얻고, 이들 상의 조합으로부터 열간 강재의 표면 결함을 검출하는 방법도 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
일본공개특허공보 평11-37949호 일본공개특허공보 소59-52735호
특허문헌 1에 기재된 방법에 의하면, 무해 모양(harmless patterns)이나 스케일(scale)의 반사율이 지철 부분의 반사율과는 상이한 점에서, 건전한 무해 모양이나 스케일을 표면 결함으로 오검출해 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 빌릿의 형상이 직선 형상인 것을 이용하여 빌릿과 스케일을 변별하고 있다. 그러나, 강재의 표면 결함은 직선 형상뿐만 아니라 원 형상 등의 여러가지의 형상을 갖고 있다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 방법을 강재의 표면 결함의 검출 처리에 적용하는 것은 어렵다. 한편, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 표면 결함, 스케일, 무해 모양 등의 종류가 방대하게 있는 점에서, 단순히 상을 조합하는 것만으로는 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 변별하는 것은 곤란하다. 또한, 방대한 상의 조합에 대응한 검출 로직을 구축하는 것은 현실적으로는 곤란하다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 정밀도 좋게 변별 가능한 표면 결함 검출 방법 및 표면 결함 검출 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 정밀도 좋게 변별하고, 변별 결과에 기초하여 강재를 제조 가능한 강재의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 표면 결함 검출 방법은, 강재의 표면 결함을 광학적으로 검출하는 표면 결함 검출 방법으로서, 2개 이상의 변별 가능한 광원을 이용하여 동일한 검사 대상 부위에 상이한 방향으로부터 조명광을 조사하는 조사 스텝과, 각 조명광의 반사광에 의한 화상을 취득하고, 취득한 화상간에서 차분 처리(difference processing)를 행함으로써 상기 검사 대상 부위에 있어서의 표면 결함을 검출하는 검출 스텝을 포함하고, 상기 검사 대상 부위에 대한 각 광원의 조명광의 입사각이 60°이상 82.5°이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 결함 검출 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 조사 스텝은, 2개 이상의 플래시 광원을 서로의 발광 타이밍이 겹치지 않도록 반복하여 발광시킴으로써 조명광을 조사하는 스텝, 및/또는, 2개 이상의 서로 파장 영역이 겹치지 않는 광원의 조명광을 동시에 조사하는 스텝을 포함하고, 2개 이상의 서로 파장 영역이 겹치지 않는 광원의 조명광을 동시에 조사하는 경우, 상기 검출 스텝은, 서로 섞인 각 조명광의 반사광을 조명광의 파장과 동일한 파장을 갖는 빛을 투과하는 필터를 이용하여 분리함으로써 각 조명광의 반사광에 의한 화상을 취득하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 결함 검출 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 검출 스텝은, 취득한 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 얻어진 화상의 명부(bright portion) 및 암부(dark portion)를 추출하고, 추출된 명부 및 암부의 위치 관계와 상기 조명광의 조사 방향으로부터 요철성의 표면 결함의 유무를 판정하는 제1 판정 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 결함 검출 장치는, 강재의 표면 결함을 광학적으로 검출하는 표면 결함 검출 장치로서, 2개 이상의 변별 가능한 광원을 이용하여 동일한 검사 대상 부위에 상이한 방향으로부터 조명광을 조사하는 조사 수단과, 각 조명광의 반사광에 의한 화상을 취득하고, 취득한 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 상기 검사 대상 부위에 있어서의 표면 결함을 검출하는 검출 수단을 구비하고, 상기 검사 대상 부위에 대한 각 광원의 조명광의 입사각이 60°이상 82.5°이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강재의 제조 방법은, 본 발명에 따른 표면 결함 검출 방법을 이용하여 강재의 표면 결함을 검출하고, 검출 결과에 기초하여 강재를 제조하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 결함 검출 방법 및 표면 결함 검출 장치에 의하면, 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 정밀도 좋게 변별할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 강재의 제조 방법에 의하면, 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 정밀도 좋게 변별하고, 변별 결과에 기초하여 강재를 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 에어리어 센서(area sensor)의 변형예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 광원과 에어리어 센서의 구동 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 4는, 표면 결함과 스케일 및 무해 모양을 촬영한 2개의 2차원 화상 및 그의 차분 화상의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 조명광의 입사각과 건전부(sound portion)(지철 부분)의 반사율의 관계를 조사하는 실험에 이용한 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은, 레이저의 입사각과 파워 미터의 수광량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 태양인 표면 결함 검출 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시 태양인 표면 결함 검출 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는, 실시예에서 이용한 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 10은, 실시예의 표면 결함 검출 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은, 스케일이 발생한 강관 부분에 대한 표면 결함 검출 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 변형예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 13은, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 다른 변형예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 14는, 검사 대상 부위의 표면 형상이 오목 형상 및 볼록 형상인 경우에 있어서의 한쪽으로부터 빛을 조사했을 때의 음영을 나타내는 도면이다.
도 15는, 오목 형상의 표면 결함의 차분 화상의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 16은, 팽창 처리를 이용한 명부 및 암부의 위치 관계 산출 방법의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 17은, 차분 화상 및 명암 패턴의 1차원 프로파일의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 18은, 필터의 2차원 화상 및 1차원 프로파일의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 19는, 도 18에 나타내는 필터를 이용한 필터 처리가 실시된 차분 화상 및 1차원 프로파일의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 20은, 광원의 배치 위치의 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 21은, 도 20에 나타내는 광원의 배치 위치에 따라 얻어지는 명암 패턴을 나타내는 개략도이다.
도 22는, 실시예의 표면 결함 검출 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 23은, 광원에 대한 오목 형상 결함의 면의 위치 관계의 변화에 수반하는 화상 신호의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는, 광학계의 2차원 모델의 구성을 나타내는 도면이다.
도 25는, 이론 곡선에 대한 화상 프로파일의 맞춤(calibration) 결과를 나타내는 도면이다.
도 26은, 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.
도 27은, 표면 결함부의 표면의 경사를 나타내는 도면이다.
도 28은, 건전부의 표면의 경사를 나타내는 도면이다.
도 29는, 건전부의 표면의 경사가 3°일 때의 조명광의 입사각의 변화에 대한 SN비의 변화를 나타내는 도면이다.
도 30은, 건전부의 표면의 경사가 5°일 때의 조명광의 입사각의 변화에 대한 SN비의 변화를 나타내는 도면이다.
도 31은, 조명광의 입사각의 변화에 대한 화상 신호 강도 및 SN비의 변화를 나타내는 도면이다.
도 32는, 차분 화상의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 33은, 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.
도 34는, 후강판에 대한 표면 결함 검출 처리 결과를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 구성 및 그 동작에 대해서 설명한다.
(제1 실시 형태)
처음에, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 구성 및 그 동작에 대해서 설명한다.
[표면 결함 검출 장치의 구성]
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치(1)는, 도시하는 화살표 방향으로 반송되는 원통 형상의 강관(P)의 표면 결함을 검출하는 장치로서, 광원(2a, 2b), 함수 발생기(3), 에어리어 센서(4a, 4b), 화상 처리 장치(5) 및, 모니터(6)를 주요 구성 요소로서 구비하고 있다.
광원(2a, 2b)은, 함수 발생기(3)로부터의 트리거 신호에 따라서 강관(P)의 표면상의 동일한 검사 대상 부위에 변별 가능한 조명광(L)을 조사한다. 광원(2a, 2b)은, 검사 대상 부위에 대하여 대칭으로 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 광원(2a, 2b)은, 강관(P) 표면의 법선 벡터에 대하여 동일한 각도만큼 어긋나고, 조명광(L)의 조사 방향 벡터와 강관(P) 표면의 법선 벡터가 동일 평면 형상이 되도록 배치되어 있다. 여기에서 말하는 입사각의 동일성이란, 상이한 방향의 광원을 변별했을 때에 광학 조건을 가능한 한 동일하게 하여, 스케일이나 무해 모양을 포함하는 건전부의 신호를 차분 처리에 의해 크게 저감하는 것을 목적으로 한다. 또한, 건전부의 신호는 대상의 표면 성상에 크게 의존하고, 동일성을 일률적으로 일정 각도로 보증하는 것은 곤란하다. 따라서, 검사 가능한 조건이라면 다소 각도가 상이해도 건전부의 신호를 차분 처리에 의해 저감할 수 있는 한 동일각으로 표현한다. 후술하지만, 여기에서 말하는 검사 가능한 조건이란, 정반사 성분을 충분히 배제할 수 있고, 또한 광량이 충분한 조건이고, 광량이 충분하면 입사각을 가능한 한 크게 해도 좋은 것으로 한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 광원의 수를 2개로 했지만, 변별 가능하면 광원의 수를 3개 이상으로 해도 좋다. 여기에서 말하는 변별 가능한 광원이란, 대상으로부터 얻어지는 반사광에 대해서 각각의 광원별로 반사광량을 구하는 것이 가능해지는 광원을 나타낸다.
에어리어 센서(4a, 4b)는, 함수 발생기(3)로부터의 트리거 신호에 따라서 광원(2a, 2b)으로부터 조사된 조명광(L)의 반사광에 의한 2차원 화상을 촬영한다. 에어리어 센서(4a, 4b)는, 촬영한 2차원 화상의 데이터를 화상 처리 장치(5)에 입력한다. 에어리어 센서(4a, 4b)는, 각각의 촬상 시야를 확보한 상태에서 가능한 한 검사 대상 부위의 법선 벡터상에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 위치 맞춤의 문제를 해결하기 위해, 에어리어 센서(4a, 4b)를 가능한 한 근접시키고, 각각의 광축을 가능한 한 서로 평행하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 하프 미러(10), 빔 스플리터(beam splitter) 및, 프리즘(prism) 중 어느 것을 이용하여 에어리어 센서(4a, 4b)의 광축이 동축이 되도록 조정해도 좋다. 이에 따라, 후술하는 차분 화상을 정밀도 좋게 취득할 수 있다.
화상 처리 장치(5)는, 에어리어 센서(4a, 4b)로부터 입력된 2개의 2차원 화상간에서 후술하는 차분 처리를 행함으로써 검사 대상 부위에 있어서의 표면 결함을 검출하는 장치이다. 화상 처리 장치(5)는, 에어리어 센서(4a, 4b)로부터 입력된 2차원 화상이나 표면 결함의 검출 결과에 관한 정보를 모니터(6)로 출력한다.
이러한 구성을 갖는 표면 결함 검출 장치(1)는, 이하에 나타내는 표면 결함 검출 처리를 실행함으로써, 검사 대상 부위에 있어서의 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 변별한다. 여기에서 말하는 표면 결함이란 요철성의 결함으로 한다. 또한, 스케일이나 무해 모양이란, 두께 수 ㎛∼수십 ㎛ 정도의 지철 부분과는 광학 특성이 상이한 표면 피막이나 표면 성상을 갖는 부분을 의미하고, 표면 결함 검출 처리에 있어서 노이즈(noise) 요인이 되는 부분이다. 이하, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태인 표면 결함 검출 처리에 대해서 설명한다.
[제1 실시 태양]
처음에, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 태양인 표면 결함 검출 처리에 대해서 설명한다.
도 3은 광원(2a, 2b)과 에어리어 센서(4a, 4b)의 구동 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다. 도면 중, d는 광원(2a, 2b)의 발광 시간, T는 에어리어 센서(4a, 4b)에 의한 2차원 화상의 촬영 주기를 나타낸다. 본 발명의 제1 실시 태양인 표면 결함 검출 처리에서는, 광원(2a, 2b)을 플래시 광원으로 하여, 플래시 광원을 서로의 발광 타이밍이 겹치지 않도록 반복하여 발광시킴으로써 광원(2a, 2b)을 변별한다.
즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 태양에서는, 처음에, 함수 발생기(3)가 광원(2a) 및 에어리어 센서(4a)에 트리거 신호를 송신하고, 광원(2a)이 조명광(L)을 조사하고, 시간(d) 이내에 에어리어 센서(4a)가 2차원 화상의 촬영을 완료한다. 그리고, 에어리어 센서(4a)에 의한 2차원 화상의 촬영 완료 후에 함수 발생기(3)가 광원(2b)과 에어리어 센서(4b)에 트리거 신호를 송신하고, 동일하게 2차원 화상을 촬영한다. 본 실시 형태에 의하면, 시간차(d)로 광량 저하를 발생시키는 일 없이, 각 광원으로부터 조사된 조명광(L)에 대한 개개의 반사광에 의한 2차원 화상을 촬영할 수 있다.
또한, 강관(P)의 반송 속도가 빠른 경우에는, 플래시 광원은 발광 시간(d)이 짧은 것인 것이 바람직하다. 이는, 발광 시간(d)이 짧으면 짧을수록, 에어리어 센서(4a, 4b)에 의해 얻어지는 2개의 2차원 화상간의 셔터 지연이 작아져, 셔터 지연에 의한 2차원 화상의 위치 어긋남을 작게 할 수 있기 때문이다. 또한, 개개의 반사광에 의한 2차원 화상의 차분 화상을 이용하여 표면 결함을 검출하는 것을 목적으로 했을 때, 플래시 광원의 발광 시간(d)은 이하의 수식 (1)에 나타내는 조건을 만족할 필요가 있다.
발광 시간 d(sec)≤
최소 분해능(㎜/화소)×허용되는 위치 어긋남(화소)/라인 반송 속도(㎜/sec)
…(1)
검출 목표의 표면 결함의 크기를 예를 들면 20㎜로 하면, 경험상, 표면 결함을 검출하기 위해서는 최소 5각(square) 화소의 신호가 필요해지기 때문에, 4㎜/화소의 분해능이 있으면 좋다. 또한, 이 경우, 허용되는 조명광(L)의 조사 타이밍에 의한 위치 어긋남은, 경험상, 0.2화소 이내로 할 필요가 있기 때문에, 강관(P)의 반송 속도가 1, 3, 5m/sec인 경우, 광원(2a, 2b)의 발광 시간은 각각, 800, 270, 160μsec 이하가 아니면 안된다. 또한, 강관(P)의 반송 속도나 반송 방향이 일정한 경우에는, 이 위치 어긋남은 2차원 화상의 촬영 후에 보정할 수 있다.
본 실시 태양에서는, 화상 처리 장치(5)는, 에어리어 센서(4a, 4b)로부터 입력된 2차원 화상에 대하여 미리 도출해 둔 카메라 파라미터를 이용하여 캘리브레이션(calibration), 쉐이딩(shading) 보정이나 노이즈 제거 등의 화상 처리를 실시한 후, 2차원 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 검사 대상 부위에 있어서의 표면 결함을 검출한다.
구체적으로는, 광원(2a)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상 Ia를 구성하는 각 화소의 휘도값을 Ia(x, y)(단, 화소수 X×Y로 하고, x 좌표를 1≤x≤X, y 좌표를 1≤y≤Y로 함), 광원(2b)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상 Ib를 구성하는 각 화소의 휘도값을 Ib(x, y)로 했을 때, 그 차분 화상 I＿diff의 각 화소의 휘도값 I＿diff(x, y)는 이하에 나타내는 수식 (2)로 나타난다.
Figure pct00001
여기에서, 표면 결함과 결함이 아닌 스케일 및 무해 모양을 촬상한 2차원 화상 Ia, Ib 및 그 차분 화상 I＿diff의 예를 각각 도 4(a), (b), (c)에 나타낸다. 도 4(a), (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 건전부에서는, 스케일이나 무해 모양에 상관없이 법선 벡터와 광원(2a)이 이루는 각과 법선 벡터와 광원(2b)이 이루는 각이 동일하기 때문에, 휘도값 Ia(x, y)＝휘도값 Ib(x, y), 즉 휘도값 I＿diff(x, y)＝0이 된다. 그러나, 표면 결함 부분에서는, 표면이 요철 형상을 갖기 때문에, 법선 벡터와 광원(2a)이 이루는 각과 법선 벡터와 광원(2b)이 이루는 각이 동일하지 않은 개소가 반드시 존재하고, 휘도값 Ia(x, y)≠휘도값 Ib(x, y), 즉 휘도값 I＿diff(x, y)≠0이 된다.
따라서, 차분기(difference unit;11)에 의해 2개의 2차원 화상의 차분 화상을 생성함으로써 결함이 아닌 스케일이나 무해 모양이 제거되어, 표면 결함만을 검출할 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 표면 결함만을 검출하고, 여러가지의 특징량에 의해 표면 결함이 유해한지 어떤지 최종적인 평가를 행하여, 모니터(6)에 평가 결과를 표시한다.
또한, 2개의 2차원 화상간에 위치 어긋남이 있고, 차분 화상에 영향을 주는 경우에는, 2차원 로우패스 필터(low-pass filter)를 사용하여, 2차원 화상간의 위치 어긋남의 영향을 경감시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 2차원 로우패스 필터를 H로 하면, 차분 화상의 휘도값 I＇＿diff(x, y)는 이하에 나타내는 수식 (3)으로 나타난다.
Figure pct00002
또한, 광원(2a, 2b)은 동일한 것을 이용하여, 각 광원은 가능한 한 균일한 평행광이 되도록 조사하고, 검사 대상 부위는 평면에 가까운 쪽이 좋다. 그러나, 표면이 다소 균일하지 않은 경우나 강관(P)과 같이 완만한 곡면에 대한 적용에 있어서도, 일반적인 쉐이딩 보정에 의해 표면 결함을 검출할 수 있다.
또한, 조명광(L)의 입사각에 관해서는, 건전부의 반사광에 경면 반사 성분이 들어가지 않고, 또한, 충분한 광량을 확보할 수 있는 범위로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 발명자들은, 조명광(L)의 입사각과 건전부(지철 부분)의 반사율의 관계를 조사하는 실험을 행했다. 실험에 이용한 장치의 구성을 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실험에서는, 파워 미터(12)를 주조편 샘플(14)의 표면상의 대상 위치에 대한 법선 벡터(l)상의 위치에 고정한다. 그리고, 이 법선 벡터(l)에 대한 레이저(13)의 입사각(θ)을, 0°부터 90°까지 변화시켰을 때의 파워 미터(12)의 수광량을 계측했다. 실험 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 입사각(θ)이 0° 내지 20°의 범위 내에서는, 경면 반사 성분이 포함되어 있기 때문에 파워 미터(12)의 수광량은 크지만, 입사각(θ)이 60° 이상이 되면 파워 미터(12)의 수광량은 크게 저하한다. 따라서, 조명광(L)의 입사각은, 검출능에 문제가 없는 한은 작게 취하는 쪽이 수광량을 크게 할 수 있다.
검사 대상 부위의 깊이 방향의 분해능은, 결함의 경사각 및 에어리어 센서(4a, 4b)의 분해능에 의존한다. 여기에서, 결함의 경사각이란, 「결함부의 법선 벡터」를 「검사 대상 부위의 건전부 표면의 법선 벡터와 광원 방향 벡터가 이루는 평면」에 정사영하고, 정사영된 벡터와 건전부 표면의 법선 벡터가 이루는 각을 취한 것이다. 검사 대상 부위의 표면 성상에도 의존하지만, 예를 들면 입사각 45°로 입사광을 조사했을 때, 결함의 경사각이 광원 방향에 대하여 약 10°이상이면, 차분 처리에 의해 결함 신호를 검출할 수 있는 것이 확인되고 있다. 따라서, 1화소의 분해능을 0.5㎜로 가정하면, 이론상 0.5×tan10°＝0.09㎜ 정도의 깊이 방향의 분해능을 갖게 된다.
[제2 실시 태양]
다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 태양인 표면 결함 검출 처리에 대해서 설명한다.
본 발명의 제2 실시 태양인 표면 결함 검출 처리에서는, 광원(2a, 2b)을 서로 파장 영역이 겹치지 않는 광원으로 함으로써 광원(2a, 2b)을 변별한다. 구체적으로는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 광원(2a, 2b)에 파장 영역이 겹치지 않는 2종류의 파장 선택 필터(20a, 20b)를 설치하고, 조명광(L)의 파장 영역을 선택한다. 또한, 동일한 파장 선택 특성을 갖는 파장 선택 필터(21a, 21b)를 에어리어 센서(4a, 4b)에 설치한다.
이러한 구성에 의하면, 광원(2a)으로부터의 조명광(L)의 반사광은 파장 선택 필터(20a, 21a)에 의해 에어리어 센서(4a)만에서 수광되고, 광원(2b)으로부터의 조명광(L)의 반사광은 파장 선택 필터(20b, 21b)에 의해 에어리어 센서(4b)만에서 수광된다. 따라서, 에어리어 센서(4a, 4b)의 촬영 타이밍을 일치시킴으로써, 위치 어긋남 없이 광원(2a, 2b)으로부터의 조명광(L)의 반사광에 의한 2차원 화상을 촬영할 수 있다. 2차원 화상을 촬영한 후의 처리는 제1 실시 태양과 동일하다.
또한, 검사 대상 부위의 이동 속도가 큰 경우에는, 검사 대상 부위의 이동에 의한 위치 어긋남을 방지하기 위해 광원(2a, 2b)을 플래시 광원으로 하고, 광원(2a, 2b)의 조사 타이밍을 변화시키지 않고 2차원 화상의 촬영 시간을 단축시켜도 좋다. 또한, 파장 선택 필터(20a)를 청색 투과 필터, 파장 선택 필터(20b)를 녹색 투과 필터로 하고, 1대의 컬러 카메라를 이용하여 2차원 화상을 촬영함으로써, 청색 채널에는 광원(2a)으로부터의 조명광(L)의 반사광만이 수광되고, 녹색 채널에는 광원(2b)으로부터의 조명광(L)의 반사광만이 수광된다고 한 바와 같이 구성해도 좋다.
[제3 실시 태양]
다음으로, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 태양인 표면 결함 검출 처리에 대해서 설명한다.
본 발명의 제3 실시 태양인 표면 결함 검출 처리에서는, 광원(2a, 2b)을 서로 직교하는 직선 편광 특성을 갖는 광원으로 함으로써 광원(2a, 2b)을 변별한다. 구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 광원(2a, 2b)에 직선 편광판(30a, 30b)을 γ°및 (γ＋90)°(γ는 임의의 각도)로 설치하고, 각각 서로 직교하는 편광 성분의 빛만 투과시킨다. 여기에서, 직선 편광판이란, 입사광에 대하여 일정 방향의 직선 편광 성분만 투과시키는 필터를 의미한다. 또한, 직선 편광판(30a, 30b)과 동일한 직선 편광 특성을 갖는 직선 편광판(31a, 31b)을 γ°및 (γ＋90)°로 에어리어 센서(4a, 4b)에 설치한다.
이러한 구성에 의하면, 광원(2a)으로부터의 조명광(L)의 반사광은 에어리어 센서(4a)만에서 수광되고, 광원(2b)으로부터의 조명광(L)의 반사광은 에어리어 센서(4b)만에서 수광된다. 따라서, 에어리어 센서(4a, 4b)의 촬영 타이밍을 일치시킴으로써, 위치 어긋남없이 각 광원으로부터의 조명광의 반사광에 의한 2차원 화상을 촬영할 수 있다.
또한, 검사 대상 부위의 이동 속도가 큰 경우에는, 광원(2a, 2b)을 플래시 광원으로 하고, 광원(2a, 2b)의 조사 타이밍을 변화시키지 않고 2차원 화상의 촬영 시간을 단축시켜도 좋다. 이하, 위치 맞춤 및 2차원 화상 촬영 후의 처리는 제1 및 제2 실시 태양과 동일하다.
[실시예]
본 실시예에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 광원(2a, 2b)으로서 플래시 광원을 이용하여, 광원(2a, 2b)의 발광 타이밍을 변화시키는 방법을 이용하여 강관(P)의 표면 결함을 검출했다. 에어리어 센서(4a, 4b)는 병렬시켜 2차원 화상을 촬영하고, 화상 처리에 의해 위치 맞춤을 행했다. 도 10에 표면 결함의 검출 결과를 나타낸다. 도 10(a)가 광원(2a)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상, 도 10(b)가 광원(2b)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상, 도 10(c)가 도 10(a)에 나타내는 2차원 화상과 도 10(b)에 나타내는 2차원 화상의 차분 화상이다. 도 10(a)∼(c)에 나타내는 화상의 SN비는 순서대로 3.5, 3.5, 6.0이고, 단순히 한 방향으로부터 조명광(L)을 조사한 경우보다도 차분 화상의 SN비가 향상했다.
도 11은, 스케일이 발생한 강관 부분에 대한 표면 결함 검출 처리 결과를 나타내는 도면이다. 도 11(a)가 광원(2a)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상, 도 11(b)가 광원(2b)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상, 도 11(c)가 도 11(a)에 나타내는 2차원 화상과 도 11(b)에 나타내는 2차원 화상의 차분 화상이다. 도 11(a), (b)에 나타내는 2차원 화상 전체에 퍼져 있는 검은 반점이 노이즈가 되는 스케일이다. 스케일의 형상은 평평하기 때문에, 차분 화상을 취득함으로써 스케일의 화상은 제거되었다. 또한, 차분 화상에서는, 단순히 한 방향으로부터 조명광(L)을 조사한 경우와 비교하여, 노이즈가 되는 스케일의 신호가 1/4 정도로 저감되었다.
[변형예 1]
도 12는, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 변형예의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 본 변형예는, 1개의 광원(2a)으로부터 조사한 조명광을 복수의 미러(40a, 40b, 40c, 40d)에 의해 분할하고, 최종적으로 2방향으로부터 강관(P1)의 검사 대상 부위에 조명광을 조사한다. 이 경우, 조명광의 각 광로에 파장 선택 필터(20a, 20b)나 직선 편광판(30a, 30b)을 설치함으로써, 제2 및 제3 실시 태양과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 변형예는 조명광을 2방향으로부터 조사하는 것이지만, 3방향 이상으로부터 조명광을 조사하는 경우도 동일하다.
[변형예 2]
도 13은, 본 발명의 제1 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 다른 변형예의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 본 변형예는, 도 7에 나타내는 표면 결함 검출 장치에 있어서, 파장 선택 필터(20a, 20b)에 의해 광원의 파장을 한정하는 것이 아니라, 펄스 레이저(51a, 51b)와 확산판(50a, 50b)을 이용하여 광원의 파장을 한정하는 것이다. 본 변형예에서는, 서로 파장 영역이 상이한 2개의 펄스 레이저(51a, 51b)로부터의 레이저광을 검사 대상 부위의 좌우 방향으로부터 조사하여 광원을 변별한다. 이 때, 펄스 레이저(51a, 51b)로부터 조사된 레이저광을 검사 대상 부위 전체역에 조사하기 위해 레이저광의 광로에 확산판(50a, 50b)을 삽입한다. 또한, 본 변형예는 2방향으로부터 조명광을 조사하는 것이지만, 3방향 이상으로부터 조명광을 조사하는 경우도 동일하다.
[변형예 3]
본 변형예는, 도 7에 나타내는 표면 결함 검출 장치에 있어서, 에어리어 센서(4a, 4b)에 설치하는 파장 선택 필터(21a, 21b)의 대신에 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 이용하는 것이다. 다이크로익 미러란, 특정의 파장 성분의 빛을 반사하고, 그 외의 파장 성분의 빛을 투과하는 미러이다. 다이크로익 미러를 이용함으로써 파장 선택 필터가 불필요해진다. 또한, 본 변형예는 2방향으로부터 조명광을 조사하는 것이지만, 3방향 이상으로부터 조명광을 조사하는 경우도 동일하다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 도 14 내지 도 22를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태인 표면 결함 검출 장치의 구성 및 그 동작에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 표면 결함 검출 장치의 구성은 상기 제1 실시 형태의 표면 결함 검출 장치의 구성과 동일하기 때문에, 이하에서는 그 구성의 설명을 생략하고, 표면 결함 검출 장치의 동작에 대해서만 설명한다.
본 발명의 제2 실시 형태인 표면 결함 검출 장치(1)는, 이하에 나타내는 표면 결함 검출 처리를 실행함으로써, 검사 대상 부위에 있어서의 스케일이나 무해 모양과 요철성의 표면 결함을 변별한다. 또한, 스케일이나 무해 모양이란, 두께 수 ㎛∼수십 ㎛ 정도의 지철 부분과는 광학 특성이 상이한 표면 피막이나 표면 성상을 갖는 부분을 의미하고, 표면 결함 검출 처리에 있어서 노이즈 요인이 되는 부분이다.
[표면 결함 검출 처리]
본 발명의 제2 실시 형태인 표면 결함 검출 처리에서는, 화상 처리 장치(5)가, 에어리어 센서(4a, 4b)로부터 입력된 2개의 2차원 화상에 대하여 미리 도출해 둔 카메라 파라미터를 이용하여 캘리브레이션, 쉐이딩 보정 및, 노이즈 제거 등의 화상 처리를 실시한 후, 2차원 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 차분 화상을 생성하고, 생성된 차분 화상으로부터 검사 대상 부위에 있어서의 요철성의 표면 결함을 검출한다.
구체적으로는, 광원(2a)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상 Ia를 구성하는 각 화소의 휘도값을 Ia(x, y)(단, 화소수 X×Y로 하고, x 좌표를 1≤x≤X, y 좌표를 1≤y≤Y로 함), 광원(2b)으로부터 조명광(L)을 조사했을 때에 얻어진 2차원 화상 Ib를 구성하는 각 화소의 휘도값을 Ib(x, y)로 했을 때, 차분 처리에 의해 얻어진 차분 화상 I＿diff의 각 화소의 휘도값 I＿diff(x, y)는 이미 서술한 수식 (1)로 나타난다.
여기에서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 건전부에서는, 스케일이나 무해 모양의 유무에 상관없이 표면의 법선 벡터와 광원(2a)이 이루는 각과 표면의 법선 벡터와 광원(2b)이 이루는 각이 동일하기 때문에, 휘도값 Ia(x, y)＝휘도값 Ib(x, y), 즉 휘도값 I＿diff(x, y)＝0이 된다. 그러나, 요철성의 표면 결함 부분에서는, 표면이 요철 형상을 갖기 때문에, 표면의 법선 벡터와 광원(2a)이 이루는 각과 표면의 법선 벡터와 광원(2b)이 이루는 각이 동일하지 않은 개소가 반드시 존재하고, 휘도값 Ia(x, y)≠휘도값 Ib(x, y), 즉 휘도값 I＿diff(x, y)≠0이 된다. 따라서, 차분기(11)에 의해 2개의 2차원 화상의 차분 화상 I＿diff를 생성함으로써 표면 결함이 아닌 건전한 스케일이나 무해 모양의 화상을 제거할 수 있다.
다음으로, 차분 화상 I＿diff로부터 요철성의 표면 결함을 검출하는 로직에 대해서 설명한다. 도 14(a), (b)는 각각, 검사 대상 부위의 표면 형상이 오목 형상 및 볼록 형상인 경우에 있어서의 한쪽의 광원으로부터 검사 대상 부위에 조명광을 조사했을 때의 음영을 나타내는 도면이다. 도 14(a)에 나타내는 바와 같이, 검사 대상 부위의 표면 형상이 오목 형상인 경우, 광원의 앞쪽이 단위 면적당의 조사광의 광량 저하에 의해 어두워지고, 광원의 안쪽이 정반사 방향에 가까워지기 때문에 밝아진다. 이에 대하여, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 검사 대상 부위의 표면 형상이 볼록 형상인 경우에는, 광원의 앞쪽이 정반사 방향에 가까워지기 때문에 밝아지고, 광원의 안쪽이 볼록 형상의 그림자가 되어 어두워진다.
즉, 검사 대상 부위의 표면 형상이 오목 형상인 경우와 볼록 형상인 경우에서 조명광의 반사광의 명암 패턴이 상이하다. 따라서, 반사광의 명암 패턴을 인식함으로써 요철성의 표면 결함의 유무를 검출할 수 있다. 여기에서, 이하에서는, 반사광의 명암 패턴을 인식함으로써 요철성의 표면 결함을 검출하는 방법에 대해서 서술한다. 또한, 이하에서는, 요철성의 표면 결함 중, 오목 형상의 표면 결함을 검출하는 것으로 하지만, 볼록 형상의 표면 결함도 동일한 로직으로 검출할 수 있다. 또한, 이하에서 말하는 명부란, 차분 화상 I＿diff에 있어서 휘도가 소정 문턱값 이상인 화소에 대하여 연결 처리를 행함으로써 얻어지는 소정값 이상의 면적을 갖는 블로브(blob)를 의미한다. 또한, 이하에서 말하는 암부란, 차분 화상 I＿diff에 있어서 휘도가 소정 문턱값 이하인 화소에 대하여 연결 처리를 행함으로써 얻어지는 어느 소정값 이상의 면적을 갖는 블로브를 가리킨다. 블로브란 라벨링된 화소의 집합을 의미한다.
본 실시 형태에서는, 문턱값 처리를 행함으로써 명부와 암부를 추출함으로써 명암 패턴을 인식한다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 표면 결함 검출 장치(1)에서는, 광원(2a, 2b)은 검사 대상 부위의 법선 벡터에 대하여 좌우 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 표면의 요철 형상에 기인하는 반사광의 명암 패턴은 좌우 방향으로 발생한다. 명암의 좌우는 차분 처리의 순서에 따라 반대가 되기 때문에, 여기에서는 우측이 명, 좌측이 암인 경우를 오목 형상, 우측이 암, 좌측이 명인 경우를 볼록 형상으로 한다. 따라서, 오목 형상의 표면 결함의 차분 화상 I＿diff는 도 15에 나타내는 바와 같이 된다. 여기에서, 명부와 암부의 화상을 각각 휘도 문턱값 The, －The에 의해 2치화하면, 명부 및 암부의 2치화 화상 I＿blight, I＿dark는 각각 이하에 나타내는 수식 (4)와 같이 나타난다.
Figure pct00003
그리고, 이와 같이 하여 명부 및 암부의 화상을 2치화하고, 필요에 따라서 연결·고립점 제거(linkage and isolated point removal)를 행한 후, 명부 및 암부의 위치 관계를 산출함으로써 요철성의 표면 결함의 유무를 검출한다. 또한, 명부 및 암부의 위치 관계의 산출 방법에는 여러가지의 방법이 있고, 이하에서는 대표적인 3개의 산출 방법을 서술하지만, 그 외의 산출 방법으로도 명부와 암부의 위치 관계를 산출할 수 있으면 좋다.
제1 위치 관계 산출 방법은, 명부 및 암부에 대하여 특정 방향의 팽창 수축 처리를 실시함으로써 명부 및 암부의 위치 관계를 산출하는 방법이다. 본 산출 방법의 플로우차트를 도 16에 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 오목 형상의 표면 결함을 검출하기 위하여, 우측이 명, 좌측이 암인 명암의 패턴을 인식하는 경우에 대해서 설명한다. 우측이 명, 좌측이 암이라는 것은 명부의 좌측에는 반드시 암부가 있고, 암부의 우측에는 반드시 명부가 있다는 것이다. 그래서, 본 산출 방법에서는, 처음에, 화상 처리 장치(5)가, 암부에 대하여 우측 방향으로 팽창 처리를 실시하고, 명부에 대해서는 좌측 방향으로 팽창 처리를 실시한다(스텝 S1a, S1b). 여기에서, 팽창 처리가 실시된 명부 및 암부의 화상을 각각 I_blight_extend, I_dark_extend로 하고, 팽창하는 길이를 W로 하면 팽창 처리는 이하에 나타내는 수식 (5)와 같이 나타난다. 단, 2차원 화상의 좌측 상부를 원점으로 하여 하측 방향을 y축 정방향, 우측 방향을 x축 정방향으로 한다.
Figure pct00004
또한, 본 실시 형태에서는, 명부와 암부를 동일한 길이 W 만큼 팽창시키고 있지만, 팽창하는 길이 W 는 반드시 동일할 필요는 없고, 극단적으로 말하면 명부 및 암부의 한쪽만에 대하여 팽창 처리를 실시해도 좋다. 또한, 팽창하는 길이 W 는 검출하고 싶은 표면 결함의 크기에도 의존한다.
다음으로, 화상 처리 장치(5)는, 이하에 나타내는 수식 (6)과 같이 팽창 처리가 실시된 명부 및 암부의 화상 I_blight_extend, I_dark_extend에 대하여 and 처리를 행함으로써, 팽창 처리가 실시된 명부 및 암부의 화상 I_blight_extend, I_dark_extend의 겹침 부분을 결함 후보부 화상 I_defect로서 추출한다(스텝 S2a, S2b).
Figure pct00005
다음으로, 화상 처리 장치(5)는, 얻어진 각 결함 후보부 화상 I_defect에 대하여, 필요에 따라서 연결·고립점 제거 처리를 행한 후, 라벨링 처리를 행함으로써, 결함 후보 블로브 I_defect_blob를 생성한다(스텝 S3). 그리고, 화상 처리 장치(5)는, 각 결함 후보 블로브 I_defect_blob의 특징량을 추출하고, 추출 결과에 기초하여 각 결함 후보 블로브 I_defect_blob가 오목 형상의 표면 결함인지 아닌지를 판별한다(스텝 S4a, S4b). 또한, 결함 후보 블로브 I_defect_blob의 특징량을 조사하기 위해서는, 명부 및 암부의 정보가 필요해지기 때문에, 결함 후보 블로브 I_defect_blob로부터 명부와 암부를 복원한다.
구체적으로는, 결함 후보부의 우측에는 반드시 명부가 존재하고, 좌측에는 반드시 암부가 존재하기 때문에, 화상 처리 장치(5)는, 결함 후보 블로브 I_defect_blob의 중심을 기점으로 하여 암부 2치화 화상 I_dark를 좌측으로 탐색하고, 최초로 발견된 블로브를 암부 결함 후보 블로브 I_dark_blob로 한다. 동일하게, 화상 처리 장치(5)는, 결함 후보 블로브 I_defect_blob의 중심을 기점으로 하여 명부 2치화 화상 I_blight를 우측으로 탐색하고, 최초로 발견된 블로브를 명부 결함 후보 블로브 I_blight_blob로 한다. 그리고, 화상 처리 장치(5)는, 이와 같이 하여 복원된 명부 결함 후보 블로브 I_blight_blob 및 암부 결함 후보 블로브 I_dark_blob로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량에 기초하여 각 결함 후보 블로브 I_defect_blob가 오목 형상의 표면 결함인지 아닌지를 판별한다. 구체적인 특징량은 결함에 따라 상이하기 때문에, 여기에서는 서술하지 않고 후술하는 실시예로 일 예를 든다.
제2 위치 관계 산출 방법에서는, 전술의 문턱값 처리를 행하고, 필요에 따라서 연결·고립점 처리를 행한 후, 명부 및 암부를 추출하여 라벨링을 실시하고, 명부 및 암부의 위치 관계를 인식함으로써 오목 형상의 표면 결함을 검출한다. 구체적으로는, 처음에, 화상 처리 장치(5)는, 라벨링에 의해 명부 및 암부를 개별적으로 인식하여, 명부 및 암부의 중심 정보를 얻는다. 다음으로, 화상 처리 장치(5)는, 명부 및 암부의 중심 정보로부터 각 명부의 우측의 소정 범위 내에 암부의 중심이 존재하는지 아닌지를 판정한다. 그리고, 암부의 중심이 존재하는 경우, 화상 처리 장치(5)는, 쌍이 되는 명부와 암부의 조합을 명암 패턴으로서 인식하고, 명암 패턴의 특징량 해석을 행함으로써, 오목 형상의 표면 결함인지 아닌지를 판별한다. 또한, 여기에서는 중심 정보를 이용하여 명암 패턴을 인식했지만, 명부 및 암부의 위치를 파악할 수 있는 정보(예를 들면 상단 위치나 하단 위치 등)라면, 명암 패턴의 인식에 이용하는 정보는 반드시 중심 정보가 아니라도 좋다.
제3 위치 관계 산출 방법에서는, 전술의 문턱값 처리를 행하지 않고, 필터를 이용하여 명암 패턴을 인식함으로써, 오목 형상의 표면 결함을 검출한다. 구체적으로는, 도 1에 나타내는 표면 결함 검출 장치(1)에서는, 광원(2a, 2b)이 검사 대상 부위의 법선에 대하여 좌우 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 표면의 요철에 기인하는 명암 패턴은 좌우 방향으로 발생한다. 도 17(a), (b)는 각각, 차분 화상의 일 예 및 도 17(a)에 나타내는 선분(L4)에 있어서의 명암 패턴의 1차원 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 17(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 오목 형상의 표면 결함에서는 우측이 명, 좌측이 암이기 때문에, 명암 패턴의 1차원 프로파일은 우측이 산형, 좌측이 계곡형인 특징적인 1차원 프로파일이 된다. 여기에서, 본 실시 형태에서는, 우측이 산형, 좌측이 계곡형이 되는 필터(H)를 미리 작성하고, 이하의 수식 (7)에 나타내는 바와 같이 차분 화상 I_diff에 필터(H)를 사용함으로써, 고주파수의 노이즈가 저감되어, 명암 패턴만이 강조된 2차원 화상 I_cont를 생성한다.
Figure pct00006
도 18(a), (b)는 각각 미리 작성한 필터(H)의 2차원 화상 및 그 좌우 방향의 1차원 프로파일의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 19(a), (b)는 각각, 도 18(a), (b)에 나타내는 필터(H)를 이용한 필터 처리가 실시된 차분 화상 및 그 좌우 방향의 1차원 프로파일의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 19(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 고주파수의 노이즈가 저감되어, 명암 패턴만이 강조된 2차원 화상이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 필요에 따라서, 폭방향으로 레인지가 상이한 필터를 수 종류 준비해 둠으로써, 대부분의 표면 결함 사이즈에 대응할 수 있도록 해도 좋다. 화상 처리 장치(5)는, 이와 같이 하여 명암 패턴이 강조된 2차원 화상에 대하여, 필요에 따라서 연결·고립점 제거 처리를 실시한 후, 문턱값 처리를 행함으로써 결함 후보부 화상 I_defect를 추출한다. 그리고, 화상 처리 장치(5)는, 추출된 결함 후보부 화상 I_defect에 대하여 제1 위치 관계 산출 방법과 동일한 처리를 실시함으로써, 오목 형상의 표면 결함을 검출한다.
이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태인 표면 결함 검출 처리는, 2개의 변별 가능한 광원(2a, 2b)을 이용하여 동일한 검사 대상 부위에 상이한 방향으로부터 대략 동일한 입사 각도로 조명광(L)을 조사하고, 각 조명광(L)의 반사광에 의한 화상을 취득하고, 취득한 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 얻어진 화상의 명부 및 암부를 추출하고, 추출된 명부 및 암부의 위치 관계와 조명광(L)의 조사 방향으로부터 요철성의 표면 결함의 유무를 판정하기 때문에, 스케일이나 무해 모양과 요철성의 표면 결함을 정밀도 좋게 변별할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원을 좌우 대칭으로 설치했기 때문에 좌우의 명암 패턴을 인식했지만, 광원의 설치 위치가 좌우가 아니라, 상하 대칭 또는 대칭이 아니었다고 해도 동일한 처리에 의해 요철성의 표면 결함을 검출할 수 있다. 구체적으로는, 광원이 상하 대칭으로 배치되어 있는 경우에는, 명암 패턴이 좌우 방향으로부터 상하 방향으로 바뀔뿐이기 때문에, 명암 패턴을 90°회전시키면 동일한 처리에 의해 요철성의 표면 결함을 검출할 수 있다.
또한, 도 20에 나타내는 바와 같이 조명광의 조사 방향이 90°상이하도록 광원(2a, 2b)을 설치한 경우에는, 표면 결함이 오목 형상이면 광원의 앞쪽(a portion closer to light source)이 어둡고 안쪽(a portion on the opposite side to light source)이 밝아지고, 표면 결함이 볼록 형상이면 광원의 앞쪽이 밝고, 안쪽이 어두워 진다. 구체적으로는, 표면 결함이 오목 형상인 경우, 광원(2a)으로부터의 조명광에 의해 얻어지는 2차원 화상은 도 21(a)에 나타내는 바와 같이 되고, 광원(2b)으로부터의 조명광에 의해 얻어지는 2차원 화상은 도 21(b)에 나타내는 바와 같이 된다. 이 때문에, 차분 화상은 도 21(c)에 나타내는 바와 같은 좌측 하부로부터 우측 상부에 걸쳐 콘트라스트가 있는 명암 패턴이 된다. 따라서, 명암 패턴을 45°회전시키면, 좌우 방향의 명암 패턴과 동일한 방법에 의해 오목 형상의 표면 결함을 검출할 수 있다. 또한, 3개 이상의 광원을 이용함으로써, 각각 복수 패턴의 차분 화상을 얻을 수 있기 때문에, 표면 결함의 검출 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 검사 대상 부위의 법선에 대하여 대칭이 되는 방향으로부터 조명광을 조사한 경우에 대해서 요철성의 표면 결함을 검출했지만, 조명광의 조사 방향은 반드시 대칭일 필요는 없다. 또한, 본 실시 형태의 표면 결함 검출 처리는 열간, 냉간에 상관없이 강재의 제조 라인 전반에 적용할 수 있다.
［실시예］
본 실시예에서는, 피트 결함(pit flaw)이 형성되어 있는 검사 대상 부위와 피트 결함이 형성되어 있지 않은 건전한 검사 대상 부위에 대하여 상기 제1 위치 관계 산출 방법을 이용한 표면 결함 검출 처리를 적용했다. 본 실시예에서는, 특징량으로서, 명부 및 암부의 휘도비, 면적비 및, 원형도를 산출했다. 원형도란, 명부 및 암부의 면적을 그 둘레 길이의 제곱으로 나누어 정규화한 값으로, 명부 및 암부의 형상이 원 형상에 가까운지 아닌지를 판정할 때에 이용된다. 동일 기인의 표면 결함이라면, 좌우의 신호에서 휘도나 면적이 현저하게 상이한 것은 생각하기 어렵고, 휘도비나 면적비를 이용하여 좌우의 밸런스를 평가함으로써 표면 결함의 검출 정밀도가 향상한다. 또한, 음영을 평가하기 위해 명부 및 암부가 원 형상이 되는 경우는 거의 없고, 원 형상에 가까운 것은 별도 기인이라고 판단할 수 있기 때문에, 특징량에 원형도를 도입했다. 또한, 명부 및 암부의 면적을 산출하고, 면적이 소정값 이상인 표면 결함만을 검출할 수 있도록 했다. 검출 결과를 도 22에 나타낸다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 피트 결함과 피트 결함이 형성되어 있지 않은 건전부를 정밀도 좋게 변별할 수 있는 것이 확인되었다.
[조명광의 입사각]
마지막으로, 검사 대상 부위에 대한 각 광원의 조명광의 입사각의 최적의 범위에 대해서 검토한다. 또한, 본 발명은 상이한 2개 이상의 방향으로부터 검사 대상 부위에 대하여 조명광을 조사하는 것을 특징으로 하고 있지만, 이하에서는 간이화를 위하여 검사 대상 부위의 법선 벡터에 관하여 서로 대칭인 경사 방향으로부터 조명광을 조사하는 경우에 있어서의 조명광의 입사각의 최적의 범위에 대해서 검토한다. 또한 이하에서는, 검사 대상 부위의 표면 성상이 균일하다고 가정한 경우에 있어서의 표면 결함의 화상 신호의 강도에 대해서 검토한다. 또한 이하에서는, 에어리어 센서(4)의 시야 중에서 좌측으로부터 조명광을 조사한 경우에 있어서의 화면 좌측 및 화면 우측을 각각 「앞쪽」 및 「안쪽」으로 표현하고, 에어리어 센서(4)의 시야의 우측으로부터 조명광을 조사한 경우에 있어서의 화면 좌측 및 화면 우측을 각각 「안쪽」 및 「앞쪽」으로 표현한다.
일반적으로, 표면 결함은 요철 형상을 갖고 있기 때문에, 표면 결함부에 있어서의 법선 벡터의 방향은 건전부에 있어서의 법선 벡터의 방향과는 상이하다. 이 때문에, 표면 결함부에서는 조명광의 투수 광각의 조건이 건전부와 상이하여, 명암 패턴이 발생한다. 구체적으로는, 도 23에 나타내는 바와 같이, 강재 표면(S)에 V자형의 오목 형상 결함(D)이 있고, 여기에 좌우 방향으로부터 조명광(L)을 조사하고, 에어리어 센서(4)에 의해 강재 표면(S)의 화상을 정면으로부터 촬상한 경우를 생각한다. 이 경우, 우측의 광원에 대하여 앞쪽의 오목 형상 결함(D)의 면(DA)에서는, 평탄부와 비교하여 단위 면적당의 조명광(L)의 조사 광량이 감소하고, 경면 반사 조건(정반사 조건)으로부터 멀어지기 때문에, 화상 신호의 강도가 저하한다. 이에 대하여, 우측의 광원에 대하여 안쪽의 오목 형상 결함(D)의 면(DB)에서는, 평탄부와 비교하여 단위 면적당의 조명광(L)의 조사 광량이 증가하고, 경면 반사 조건에 가까워지기 때문에, 화상 신호의 강도가 높아진다. 또한, 전술의 경면 반사 조건이란, 건전부 표면의 법선 벡터에 대하여 광원과 에어리어 센서가 대칭인 위치에 존재하는 조건, 즉 조명광의 입사각과 반사각이 동일한 조건을 말한다.
우측의 광원과 좌측의 광원에서는 광원에 대한 오목 형상 결함(D)의 면의 위치 관계가 역전되기 때문에, 명부 및 암부의 위치 관계도 우측의 광원과 좌측의 광원에서는 역전한다. 이 때문에, 에어리어 센서(4)에 의해 촬영된 2개의 화상간에서 차분 처리를 행하면 명암 패턴이 얻어진다. 즉, 평탄부와 비교하여 어느 만큼 경사를 갖고 있는가에 따라, 화상 신호의 강도가 변화한다. 또한, 건전부에 있어서도 표면 거칠기가 있어, 완전하게 평탄하다고 하는 것은 아니기 때문에, 조명광의 입사각을 매우 크게 한 경우에는, 표면의 미세한 요철에 기인하는 신호가 두드러져, 노이즈 요인이 된다.
다음으로, 표면 결함의 검출능에 관계되는 물리 현상에 대해서 설명하지만, 이 물리 현상을 보다 상세하게 검토하기 위해서 이하에서는 광학계를 모델화한다. 여기에서는, 광학 시뮬레이션에 있어서 폭넓게 이용되고 있는 물리 현상에 입각한 반사 모델의 하나인 Torrance-Sparrow 모델을 간략화한 것을 이용한다(참고문헌(“물체의 음영에 기초하는 광원 환경의 추정”, 이토 등, 정보처리학회 논문지：컴퓨터 비전과 이미지 미디어, vol.41, No.SIG　10, Dec.2000) 참조). 또한, 본래라면, 광학계를 3차원 모델로 취급해야 하지만, 간략화를 위해 이하에서는 2차원 모델을 이용하는 것으로 한다.
도 24는, 광학계의 2차원 모델의 구성을 나타내는 도면이다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 강재 표면(S)(법선 벡터(l))에 대한 광원(2)으로부터의 조명광(L)의 입사각을 α, 에어리어 센서(4)에 입사되는 조명광(L)의 반사각을 β, 강재 표면(S)의 기준면의 경사를 0으로 하여 검사 대상 부위를 마이크로로 파악했을 때의 경사를 φ, 검사 대상 부위에 대한 광원(2)으로부터의 조명광(L)의 입사 광량을 I0, 검사 대상 부위의 표면 성상을 나타내는 파라미터(벡터량)를 k＝(K1, K2, σ)로 하면, 에어리어 센서(4)에 입사되는 조명광(L)의 광량 i 는 이하에 나타내는 수식 (8)로 나타난다.
Figure pct00007
또한, 수식 (8) 중의 R은, 조명광(L)의 반사 강도의 함수를 나타내고, 이하에 나타내는 수식 (9)에 의해 산출된다.
Figure pct00008
여기에서, 수식 (9)의 우변 제1항은 조명광(L)의 확산 반사의 강도를 나타내고, 제2항은 조명광(L)의 경면 반사의 강도를 나타내고, 조명광(L)의 반사 강도는 제1항과 제2항의 합으로 나타난다. 확산 반사에서는, 조명광(L)은, 검사 대상 부위에 입사된 후, 전체 방위로 확산된다. 한편, 경면 반사에서는, 조명광(L)은 검사 대상 부위의 법선 벡터에 대하여 대칭인 방향으로 가장 강하게 반사되고, 조명광(L)의 강도는 그 방향으로부터 멀어짐에 따라서 가우스 함수적으로 감쇠한다. 또한, k＝(K1, K2, σ)는 검사 대상 부위의 표면 성상에 기인하는 항으로, 경면 반사의 확산 정도나 경면 반사 및 확산 반사의 강도비를 결정한다. 단, 입사각(α) 및 경사(φ)가 조건 :π/2≤α＋φ 또는 α＋φ≤－π/2를 만족하는 경우에는, 검사 대상 부위 그 자체가 그림자가 되어 조명광(L)이 조사되지 않기 때문에, 조명광(L)의 반사 강도는 0이 된다.
이러한 2차원 모델을 이용하여 에어리어 센서(4)가 수광하는 화상 신호의 강도를 표현하고, 한쪽(좌측)의 광원으로부터 조명광을 조사했을 때 및 다른 한쪽(우측)의 광원으로부터 조명광을 조사했을 때의 검사 대상 부위의 화상상의 어느 점(이후 대상면으로 기재함)의 휘도 i1, i2를 산출하면, 휘도i1, i2는 이하에 나타내는 수식 (10), (11)에 의해 나타난다.
Figure pct00009
Figure pct00010
여기에서, 수식 (10), (11) 중, I1, I2는 대상면으로의 조명광(L)의 입사 광량, α1, α2는 대상면에 대한 각 광원으로부터의 조명광의 입사각, β는 에어리어 센서(4)에 입사되는 조명광(L)의 반사각, φ는 대상면의 기준면의 경사를 0으로 하여 대칭면을 마이크로로 파악했을 때의 경사, k는 대상면의 표면 성상을 나타내는 파라미터이다.
휘도 i1, i2를 산출하면, 다음으로, 광원(2)의 광량 불균일이나 광학 조건에 있어서의 불균일을 제거하기 위해, 휘도 i1, i2에 대하여 쉐이딩 보정을 실시한다. 쉐이딩 보정에는 여러가지의 방법이 있지만, 여기에서는 일반적으로 잘 사용되고 있는, 각 화소의 휘도를 종방향으로 더하여 평균을 구한 행 벡터( 「종방향 평균 벡터」라고 불림)를 작성하고, 화상의 모든 행에 대해서 종방향 평균 벡터로 뺄셈·나눗셈을 행하고, 추가로 신호를 정수배하여 정규화하는 방법에 의해 행했다. 또한, 그 결과의 화상에 대하여, 추가로 횡방향도 동일한 처리를 행하여 쉐이딩 보정으로 했다. 상세하게는, 대상면이 건전부인 경우의 신호를 i10, i20, 건전부의 표면 성상을 k0으로 나타내면, 이하에 나타내는 수식 (12), (13)과 같이 나타난다.
Figure pct00011
Figure pct00012
따라서, 쉐이딩 보정 후의 화상과 차분 화상상의 휘도값은 이하에 나타내는 수식 (14)∼(16)과 같이 나타난다. 또한, 수식 (14)는 쉐이딩 보정 후의 휘도 i1를 나타내고, 수식 (15)는 쉐이딩 보정 후의 휘도 i2를 나타내고, 수식 (16)은 차분 화상상의 휘도를 나타내고 있다.
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
본 검토에서는, 상기 모델을 이용하여 건전부 및 표면 결함부의 화상 신호의 강도로부터 조명광의 입사각의 최적의 범위를 도출했다. 도출에 있어서는, 처음에, 강재 표면의 표면 성상을 나타내는 파라미터를 실험적으로 구했다. 구체적으로는, 실제로 일반적인 표면 성상을 갖는 강재의 화상을 에어리어 센서로 촬영하고, 동일한 광학계를 시뮬레이션하여 구한 이론적인 화상 신호의 휘도 프로파일(이론 곡선)에 대하여 실제의 화상 신호의 휘도 프로파일(화상 프로파일)의 맞춤을 행했다. 맞춤 결과를 도 25, 실험에 이용한 광학계의 구성을 도 26에 나타낸다. 그 결과, 강재 표면의 표면 성상을 나타내는 파라미터는 k＝(K1, K2, σ)＝(1000, 200, 0.21)로 구해졌다. 다음으로, 구해진 표면 성상을 나타내는 파라미터(k)를 이용하여, 조명광의 입사각의 변화에 대한 화상 신호의 SN비의 변화를 시뮬레이션했다.
여기에서, 간이화를 위하여, 에어리어 센서의 촬영 방향은 기준면의 법선상, 즉 β＝0으로 하고, 좌우 대칭의 위치로부터 조명광을 조사하고, 표면 결함부 및 건전부에 있어서의 표면 성상을 나타내는 파라미터는 동일한 것으로 했다. 또한, 이 표면 결함 검출 처리에 있어서 기여하는 항은 강재 표면의 경사이다. 이 때문에, 조명광의 입사각의 변화에 대한 화상 신호의 SN비의 변화를 시뮬레이션하기 전에, 건전부 및 표면 결함부의 표면 형상을 측정하고, 기준면으로부터의 경사를 계산했다. 여기에서 말하는 경사란, 각 표면의 법선 벡터와 강재 기준면의 법선 벡터를 각각 광원, 에어리어 센서 및, 검사 대상 부위가 이루는 평면에 정사영했을 때에, 정사영된 2개의 벡터가 이루는 각도를 의미한다. 도 27 및 도 28에 각각 표면 결함부 및 건전부의 표면의 경사를 나타낸다.
도 27에 나타내는 바와 같이, 표면 결함부의 표면은 얕은 것이라도 20° 이상의 경사를 갖고 있다. 이에 대하여, 도 28에 나타내는 바와 같이, 건전부의 표면의 기준면으로부터의 경사의 표준 편차는 3∼5°정도로 되어 있다. 그래서, 일반적으로는, 어느 정도의 표면 거칠기를 갖는 건전부의 표면상에서 표면 결함부의 신호를 검출하기 때문에, 3∼5°정도의 표면의 경사에 대응하는 화상 신호를 노이즈로 하여, 20°이상의 표면의 경사에 대응하는 화상 신호를 이용하여 조명광의 입사각의 변화에 대한 SN비의 변화를 평가했다. 또한, 표면 결함부의 표면의 경사(결함 각도)를 φ1, 건전부의 표면의 경사를 φ2로 하고, 조명광의 입사각을 α로 하면, SN비는 이하에 나타내는 수식 (17), (18)과 같이 표현할 수 있다.
Figure pct00016
Figure pct00017
여기에서, 결함 각도 φ1＝20°, 30°, 40°, 건전부의 표면의 경사 φ2＝3°로 하여 조명광(L)의 입사각(α)의 변화에 대한 SN비의 변화를 평가한 결과를 도 29에, φ2＝5°로 한 경우의 결과를 도 30에 나타낸다. 도 29, 30에 나타내는 바와 같이, 조명광의 입사각(α)이 60∼82.5°의 범위 내에 있을 때에 SN비가 증대하고 있다. 이 때문에, SN비가 낮은 얕은 각도의 표면 결함을 검출하기 위해서는, 조명광의 입사각(α)이 60∼82.5°의 범위 내가 되도록 광학계를 설계하면 좋은 것이 확인되었다. 또한, 도 6에서는 광량 평가에 의해 조명광의 입사각(α)이 55°이하가 되도록 각도 한정을 하고 있지만, 이는 조명광의 입사각(α)을 크게 하면 반사광의 광량이 크게 저하하기 때문이다. 반사광의 광량이 충분히 확보 가능한 경우에는, 조명광의 입사각(α)은 60∼82.5°의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
또한, 조명광의 최적의 입사각의 검토에 관해서, 동일하게 광원, 시료 및, 에어리어 센서를 이용하여 연구 시험을 실시했다. 실제로 광원의 파라미터를 매기고, 전술의 화상 처리를 행하여 SN비를 평가한 결과를 도 31에 나타낸다. 도 31에 나타내는 바와 같이, 조명광의 입사각(α)이 60∼82.5°의 범위 내에 있을 때에 SN비가 가장 높아지고, 시뮬레이션 결과와 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이 때 얻어진 차분 화상을 도 32에 나타낸다. 도 32에 나타내는 바와 같이, 표면 결함부에서는, 조명광의 입사각(α)이 증대함에 따라서 차분 화상의 신호 강도가 증가했다. 이에 대하여, 건전부에서는, 조명광의 입사각(α)이 70°일 때에 차분 화상의 신호 강도가 일단 저하한 후, 조명광의 입사각을 더욱 크게 해 가면 차분 화상의 신호 강도가 증가했다. 조명광의 입사각(α)이 70°일 때에 차분 화상의 신호 강도가 일단 저하하는 현상은, 조명광의 투수 광각의 요인 외에, 검사 대상 부위의 표면 성상이 상이하고, 건전부 중에서도 경면성 및 확산성에 불균일이 있기 때문이라고 생각된다.
또한, 조명광(L)의 입사각(α)을 크게 해 가면, 반사광의 광량이 크게 저하하기 때문에 본 조건은 반사광의 광량이 충분히 확보된 상태에서만 이용하는 것으로 한다. 따라서, 조명광의 입사각(α)이 60∼82.5°의 범위 내가 되도록 광학계를 설계함으로써, 비교적 각도가 얕은 결함에 대해서도 고 SN비로 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태는 후강판에 의해 설명했지만, 일반적인 강재에 있어서도 동일한 고찰·적용이 가능하다.
마지막으로, 조명광(L)의 입사각(α)이 상기 조건을 만족하는 광학계를 이용하여 후강판에 대하여 표면 결함 검출 처리를 행한 실험 결과를 나타낸다. 도 33에 본 실험에 있어서 이용한 광학계의 구성을 나타낸다. 광원(2)으로부터의 조명광(L)의 시야 중심부로의 입사각(α)은 70°, 에어리어 센서(4)의 해상도는 1.0㎜/pixel, 검사 범위는 폭 방향 350㎜×길이 방향 270㎜로 했다. 표면 결함 검출 처리의 결과를 도 34에 나타낸다. 도 34(d)에 나타내는 바와 같이, 표면 결함부가 명암 패턴을 갖고, 표면 결함을 검출할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 도 34(d)에 나타내는 표면 결함부는, 명부 및 암부를 팽창시켜 겹친 부분을 나타내고 있고, 20°이상의 경사에 대응하는 화상 신호를 취득함으로써 얻어진 것이다.
이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시의 형태에 대해서 설명했지만, 본 실시 형태에 의한 본 발명의 개시된 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명에 따른 표면 결함 검출 방법을 이용하여 강재의 표면 결함을 검출하고, 검출 결과에 기초하여 강재를 제조하도록 해도 좋다. 이와 같이, 본 실시 형태에 기초하여 당업자들에 의해 이루어지는 다른 실시의 형태, 실시예 및, 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에 의하면, 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 정밀도 좋게 변별 가능한 표면 결함 검출 방법 및 표면 결함 검출 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 스케일이나 무해 모양과 표면 결함을 정밀도 좋게 변별하고, 변별 결과에 기초하여 강재를 제조 가능한 강재의 제조 방법을 제공할 수 있다.
1 : 표면 결함 검출 장치
2, 2a, 2b : 광원
3 : 함수 발생기
4, 4a, 4b : 에어리어 센서
5 : 화상 처리 장치
6 : 모니터
L : 조명광
P : 강관

Claims (5)

  1. 강재의 표면 결함을 광학적으로 검출하는 표면 결함 검출 방법으로서,
    2개 이상의 변별 가능한 광원을 이용하여 동일한 검사 대상 부위에 상이한 방향으로부터 조명광을 조사하는 조사 스텝과,
    각 조명광의 반사광에 의한 화상을 취득하고, 취득한 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 상기 검사 대상 부위에 있어서의 표면 결함을 검출하는 검출 스텝을 포함하고,
    상기 검사 대상 부위에 대한 각 광원의 조명광의 입사각이 60°이상 82.5°이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조사 스텝은, 2개 이상의 플래시 광원을 서로의 발광 타이밍이 겹치지 않도록 반복하여 발광시킴으로써 조명광을 조사하는 스텝, 및/또는, 2개 이상의 서로 파장 영역이 겹치지 않는 광원의 조명광을 동시에 조사하는 스텝을 포함하고,
    2개 이상의 서로 파장 영역이 겹치지 않는 광원의 조명광을 동시에 조사하는 경우, 상기 검출 스텝은, 서로 섞인 각 조명광의 반사광을 조명광의 파장과 동일한 파장을 갖는 빛을 투과하는 필터를 이용하여 분리함으로써 각 조명광의 반사광에 의한 화상을 취득하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검출 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출 스텝은, 취득한 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 얻어진 화상의 명부 및 암부를 추출하고, 추출된 명부 및 암부의 위치 관계와 상기 조명광의 조사 방향으로부터 요철성의 표면 결함의 유무를 판정하는 제1 판정 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검출 방법.
  4. 강재의 표면 결함을 광학적으로 검출하는 표면 결함 검출 장치로서,
    2개 이상의 변별 가능한 광원을 이용하여 동일한 검사 대상 부위에 상이한 방향으로부터 조명광을 조사하는 조사 수단과,
    각 조명광의 반사광에 의한 화상을 취득하고, 취득한 화상간에서 차분 처리를 행함으로써 상기 검사 대상 부위에 있어서의 표면 결함을 검출하는 검출 수단을 구비하고,
    상기 검사 대상 부위에 대한 각 광원의 조명광의 입사각이 60°이상 82.5°이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검출 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 표면 결함 검출 방법을 이용하여 강재의 표면 결함을 검출하고, 검출 결과에 기초하여 강재를 제조하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조 방법.
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