WO2017111515A1

WO2017111515A1 - 강판 검사 장치 및 방법

Info

Publication number: WO2017111515A1
Application number: PCT/KR2016/015133
Authority: WO
Inventors: 김현수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-06-29
Also published as: KR20170075101A

Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 강판 검사 장치는, 서로 다른 방향으로 복수의 자기장을 발생시키고 상기 복수의 자기장에 의하여 강판에서 유발되는 복수의 누설 자속 데이터를 각각 검출하는 자속 감지부 및 상기 누설 자속 데이터로부터 상기 강판에서 결함 영역을 결정하는 판단부를 포함할 수 있다.

Description

강판 검사 장치 및 방법

본 발명은 강판 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.

강판의 후 검사 공정으로서 강판의 결함을 검출하는 다양한 기술이 적용되고 있다. 예를 들어, 강판의 결함을 검출하는 기술로서, 초음파 탐상법(Ultrasonic Test), 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage), 자분 탐상법(Magnetic Particle Inspection), 와전류 탐상법 및 광학법 등이 적용되고 있다.

강판의 두께가 두텁거나 또는 강판의 결합이 표면이 아닌 스케일에 덮혀 있어 강판의 결합이 표층하에 있는 경우에는, 그 결함의 검출이 용이한 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage)이 적용되고 있다.

이러한 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage)은 자기장을 이용하여 누설 자속을 측정하여 결함을 탐지하는 기법이나, 종래의 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage)은 정확한 탐지를 위하여 강판을 정지시킨 후에 누설 자속을 탐지하여야 하는 등의 문제가 있다.

또한, 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage)은 결함의 존재를 탐지할 수는 있으나, 결함의 종류를 분류할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 기술적 측면은 강판의 진행 상태에서도 결함을 용이하게 검출할 수 있는 강판 검사 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 기술적 측면은 강판 검사 장치를 제공한다. 상기 강판 검사 장치는, 서로 다른 방향으로 복수의 자기장을 발생시키고 상기 복수의 자기장에 의하여 강판에서 유발되는 복수의 누설 자속 데이터를 각각 검출하는 자속 감지부 및 상기 누설 자속 데이터로부터 상기 강판에서 결함 영역을 결정하는 판단부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 기술적 측면은 강판 검사 방법을 제공한다. 상기 강판 검사 방법은, 강판의 진행 방향에 따라 배치된 복수의 자속 감지 센서 및 촬상 카메라를 포함하는 강판 검사 장치에서 수행될 수 있다. 상기 강판 검사 방법은, 상기 강판의 진행에 대응하여 상기 복수의 자속 감지 센서를 순차적으로 활성화시키는 단계, 상기 복수의 자속 감지 센서에서 제공된 복수의 누설 자속 데이터로부터 상기 강판에서 결함 영역을 결정하는 단계, 상기 결함 영역에 대하여 영상을 촬영하도록 상기 촬상 카메라를 제어하는 단계 및 상기 촬상 카메라에서 제공된 영상 데이터를 이용하여 상기 결함 영역의 종류를 분류하는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 강판 검사 장치 및 방법은 강판의 진행 상태에서도 결함을 용이하게 검출할 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 강판 검사 장치 및 방법은 강판의 표층 또는 표층하의 결함을 구분할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 검사 장치를 도시하는 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 자속 감지부의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

도 3은 강판의 결함의 진행과, 그를 검출하는 자속 감지부를 도시하는 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 자속 감지부에서 검출되는 누설 자속 데이터를 도시하는 그래프이다.

도 5는 도 4에 도시된 누설 자속 데이터를 합산한 데이터를 도시하는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 검사 방법을 도시하는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 1을 참조하면, 강판 검사 장치는 이송 중인 강판(10)에 대하여 결함을 검출할 수 있다.

강판 검사 장치는 자속 감지부(110) 및 판단부(130)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 강판 검사 장치는 영상 획득부(120)를 더 포함할 수 있다.

자속 감지부(110)는 서로 다른 방향을 가지는 복수의 자기장을 발생시킬 수 있다. 자속 감지부(110)는 상기 복수의 자기장에 의하여 강판에서 유발되는 복수의 누설 자속 데이터를 각각 검출할 수 있다.

자속 감지부(110)는 서로 다른 방향으로 누설 자속 데이터를 검출하므로, 강판(10)에 존재하는 결함이 특정 방향으로 길게 형성된다 하더라도 이를 효과적으로 검출할 수 있다.

자속 감지부(110)는 복수 개의 자속 감지 센서를 포함할 수 있다. 자속 감지 센서는 특정 방향으로 형성되는 자기장을 이용하여 누설 자속 데이터를 검출할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 자속 감지부(110)는 강판의 폭 방향으로 4개의 자속 감지 센서를, 강판의 길이 방향으로 4개의 자속 감지 센서를 포함하고 있는 예를 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것이므로 자속 감지 센서의 개수는 실시예에 따라 변경 가능하다.

판단부(130)는 자속 감지부(110)의 출력에 대응하여, 강판(10)에 결함이 존재하는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 판단부(130)는 자속 감지부(110)에서 제공된 복수의 누설 자속 데이터를 이용하여, 강판(10)에 결함이 존재하는 것으로 판단되는 영역(이하, 이를 '결함 영역'이라 칭함)을 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 강판 검사 장치는 영상 획득부(120)를 더 포함할 수 있다. 판단부(130)는 자속 감지부(110)의 출력을 이용하여 결함 영역을 결정하고, 영상 획득부(120)가 상기 결함 영역에 대한 영상 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다. 판단부(130)는 획득된 상기 영상 데이터를 이용하여 그 결함의 종류를 분류할 수 있다.

영상 획득부(120)는 복수의 촬상 장치를 포함할 수 있다. 복수의 촬상 장치는 자속 감지 센서의 위치에 각각 대응되어 배치될 수 있다.

영상 획득부(120)는 단파장 적외선을 이용한 촬상 장치를 포함할 수 있다. 여기에서, 단파장 적외선(Short Wave Infra-Red, SWIR)은 파장 범위가 0.9~1.7um에 해당할 수 있다. 단파장 적외선(Short Wave Infra-Red, SWIR)은 중파장 적외선 및 장파장 적외선과 달리 사물에 광자(光子)가 흡수 또는 반사되는 특성에서 가시광과 유사한 광특성을 가지므로, 촬영 시 가시광의 촬상 이미지와 유사한 특성을 가지게 되므로 영상 분석 등이 용이하다. 한편, 일반 가시광은 대부분이 사물 표면에서 반사되는 데에 비해, 단파장 적외선(Short Wave Infra-Red, SWIR)은 파장이 짧아 일정 깊이(예를 들어, 수백 um)까지 투과하여 내부의 특성에 따라 반사될 수 있다. 따라서, 영상 획득부(120)는 이러한 단파장 적외선(Short Wave Infra-Red, SWIR)을 이용함으로써, 표면에서 보이지 않는 강판 내부의 결함을 영상화할 수 있다.

도 2를 참조하면, 자속 감지부(110)는 복수의 전자석(111, 113, 115, 117), 복수의 센서기(112, 114, 116, 118) 및 스위치(119)를 포함할 수 있다.

복수의 전자석(111, 113, 115, 117)은 서로 다른 방향으로 고정되어, 서로 다른 방향으로 각각 자기장을 발생시킬 수 있다.

도 2에 도시된 예에서, 자속 감지부(110)는, 강판(10)의 주행 방향으로 고정된 제1 전자석(111), 강판의 주행 방향에 대하여 40도 내지 50도 증가한 방향으로 고정된 제2 전자석(113), 강판(10)의 주행 방향에 수직하는 방향으로 고정된 제3 전자석(115) 및 제3 전자석(115)의 고정 방향에 대하여 40도 내지 50도 증가한 방향으로 고정된 제4 전자석(114)을 포함할 수 있다.

복수의 전자석(111, 113, 115, 117)은 강판(10)의 진행 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.

복수의 센서기(112, 114, 116, 118)는 각각 복수의 전자석(111, 113, 115, 117)에서 발생한 자기장을 검출할 수 있다. 도시된 예에서 복수의 센서기(112, 114, 116, 118)는 강판(10)의 아랫면에 고정된 것으로 도시되었으나, 실시예에 따라 강판의 윗면이나 일측면에 고정될 수도 있다.

도시된 예에서, 하나의 전자석과 그에 대응되는 하나의 센서기는 하나의 자속 감지 센서가 될 수 있다. 도시된 예에서, 전자석과 센서기는 별도의 장치로 도시되었으나, 실시예에 따라, 전자석과 센서기는 일체의 장치-자속 감지 센서-로서 구현될 수 있다.

스위치(119)는 판단부(130, 도 1에 도시됨)의 제어에 따라 복수의 전자석(111, 113, 115, 117) 중 적어도 일부를 활성화시킬 수 있다. 즉, 강판의 주행 속도에 맞추어 강판의 특정 영역이 전자석에 해당하는 위치에 도달할 때 해당 전자석을 활성화하도록, 스위치(119)는 스위칭 동작될 수 있다.

도 2에 도시된 예에서 자속 감지부(110)는 4개의 자속 감지 센서가 서로 45도 정도의 각도를 가지도록 고정된 예를 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것이므로, 전자석의 개수 및 상호 간의 각도는 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.

예를 들어, 자속 감지부(110)는 제1 방향으로 제1 자기장을 발생시키고, 상기 제1 자기장에 의하여 강판에서 유발되는 제1 누설 자속 데이터를 검출하는 제1 자속 감지 센서와, 상기 제1 방향과 상이한 방향인 제2 방향으로 제2 자기장으로 발생시키고, 상기 제2 자속에 의하여 상기 강판에서 유발되는 상기 제2 누설 자속 데이터를 검출하는 제2 자속 감지 센서를 포함할 수 있다.

도 2 및 3을 참조하면, 강판에 존재하는 결함(11)은 강판의 주행 방향에 따라 이동하게 된다. 자속 감지부(110)는 강판의 진행에 대응하여 상기 강판의 일 영역에 대하여 복수의 누설 자속 데이터를 순차적으로 검출할 수 있다. 즉, 복수의 전자석(111, 113, 115, 117)은 강판의 일 영역에 대하여 순차적으로 자기장을 발생시킬 수 있다.

일 실시예에서, 자속 감지부(110)는 제1 전자석(111)은 항상 자기장을 발생시키도록 제어하고, 제2 내지 제4 전자석(113 내지 117)은 해당 전자석의 앞에 위치한 전자석에 의한 누설 자속 데이터에서, 결함이 존재하는 것으로 판단될 때 활성화될 수 있다.

도시된 예에서, 결함(11)은 강판의 주행 방향으로 길게 형성되어 있으므로, 전자석 또는 자속 감지 센서의 각도에 따라 그 누설 자속 데이터가 다르게 형성된다. 이에 대해서는 이하의 도 4를 더 참조하여 설명한다.

그래프 (a)는 도 3에 도시된 제1 전자석(111)에서 발생된 자기장에서 획득된 누설 자속 데이터를, 그래프 (b)는 도 3에 도시된 제2 전자석(113) 및 제4 전자석(117)에서 발생된 자기장에서 획득된 누설 자속 데이터를, 그래프 (c)는 도 3에 도시된 제3 전자석(115)에서 발생된 자기장에서 획득된 누설 자속 데이터를 도시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 결함(11)은 강판의 주행 방향으로 길게 형성되어 있으므로, 강판의 주행 방향으로 자기장을 형성하는 제1 전자석(111)에 비교적 적은 영향을 미치게 된다. 이는 자기장이 전자석의 일 극방향에서 타 극 방향으로 들어가는 타원 형상으로 형성되기 때문이다.

반면, 결함(11)의 길이 방향에 수직하는 방향으로 자기장을 형성하는 제3 전자석(115)으로부터 검출된 누설 자속 데이터는, 그래프 (c)에 도시된 바와 같이 누설 자속의 변화량이 큰 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 검사 장치는 다양한 방향으로 자속 감지 센서를 구비하고 있으므로, 강판에 존재하는 결함이 어떠한 방향으로 길게 형성되더라도 이를 감지할 수 있으며, 또한 그 결함의 길이 방향 또한 확인할 수 있다.

판단부(130, 도 1에 도시됨)는 복수의 누석 자속 데이터를 이용하여, 강판의 결함이 존재하는 결함 영역을 판단할 수 있다.

예를 들어, 판단부(130, 도 1에 도시됨)는 복수 방향의 자속 감지 센서에서 검출된 누설 자속 데이터를 누적하여, 결함 영역을 판단할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 각 방향에 형성된 자기장으로부터, 및 도 4에 도시된 바와 같은 복수의 누설 자속 데이터를 누적하면, 도 5에 도시된 그래프를 획득할 수 있다.

판단부(130, 도 1에 도시됨)는 복수의 누설 자속 데이터의 합산한 값이 임계치(Ft)를 초과하면, 해당 영역에 결함이 존재하는 것으로 판단하고, 해당 영역을 결함 영역으로 설정할 수 있다. 판단부(130, 도 1에 도시됨)는 강판의 주행을 고려하여, 결함 영역에 대한 영상 데이터를 촬상하도록 영상 획득부(120, 도 1에 도시됨)를 제어할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여, 일 실시예에 따른 강판 검사 방법을 설명한다. 이하에서 설명할 강판 검사 방법으로부터 강판 검사 장치의 제어 특징(예컨대, 판단부의 제어 특징)을 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 6을 참조하면, 강판 검사 장치는, 강판의 진행에 대응하여 복수의 자속 감지 센서를 순차적으로 활성화시킬 수 있다(S610).

복수의 자속 감지 센서는 도 1 내지 도 5에서 상술한 바와 같이, 각각 서로 상이한 방향으로 자기장을 발생시켜, 서로 상이한 방향에서의 누설 자속 데이터를 검출할 수 있다.

이후, 강판 검사 장치는 복수의 자속 감지 센서에서 제공된 복수의 누설 자속 데이터로부터 강판에서 결함 영역을 결정할 수 있다(S620).

강판 검사 장치는 상기 결함 영역에 대하여 영상을 촬영하도록 촬상 카메라를 제어할 수 있다(S630).

강판 검사 장치는 상기 촬상 카메라에서 제공된 영상 데이터를 이용하여 상기 결함 영역의 종류를 분류할 수 있다(S640).

예를 들어, 강판 검사 장치는, 결함 영역에서 추출된 영상 데이터로부터 결함의 형태, 사이즈 또는 방향 등의 외형 정보를 결정할 수 있다. 강판 검사 장치는 결정된 외형 정보에 대하여 통계적 분류 모델을 적용하여 해당 결함을 분류할 수 있다.

단계 S610에 대한 일 실시예에서, 강판 검사 장치는 상기 강판의 진행 속도를 확인할 수 있다. 이후, 강판 검사 장치는 상기 복수의 자속 감지 센서가 상기 강판의 일 영역에 대하여 공통적으로 센싱하도록, 상기 진행 속도에 대응하여 상기 복수의 자속 감지 센서를 순차적으로 활성화시킬 수 있다.

단계 S620에 대한 일 실시예에서, 강판 검사 장치는 임계값 이상의 자속 세기를 가지는 적어도 하나의 누설 자속 데이터를 이용하여, 결함의 방향을 추정할 수 있다.

단계 S630에 대한 일 실시예에서, 강판 검사 장치는 상기 복수의 누설 자속 데이터에 각각 포함된 복수의 누설 자속 세기를 합산할 수 있다. 강판 검사 장치는 합산된 값이 임계값 이상이면, 해당 영역을 결함 영역으로 결정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims

서로 다른 방향으로 복수의 자기장을 발생시키고, 상기 복수의 자기장에 의하여 강판에서 유발되는 복수의 누설 자속 데이터를 각각 검출하는 자속 감지부; 및

상기 누설 자속 데이터로부터 상기 강판에서 결함 영역을 결정하는 판단부; 를 포함하는 강판 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 강판 검사 장치는

상기 결함 영역에 대한 영상 데이터를 획득하는 영상 획득부; 를 더 포함하고,

상기 판단부는

상기 영상 데이터를 이용하여 상기 결함 영역의 결함 종류를 분류하는 강판 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 자속 감지부는

상기 강판의 진행에 대응하여 상기 강판의 일 영역에 대하여 상기 복수의 누설 자속 데이터를 순차적으로 검출하는 강판 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 자속 감지부는

서로 다른 방향으로 고정되어, 서로 다른 방향으로 각각 자기장을 발생시키는 복수의 전자석;

상기 복수의 전자석 중 적어도 일부를 활성화시키는 스위치; 및

상기 복수의 전자석에 의하여 상기 강판에서 각각 유발되는 복수의 누설 자속 데이터를 검출하는 복수의 센서기;

를 포함하는 강판 검사 장치.
제4항에 있어서, 상기 복수의 전자석은

상기 강판의 진행 방향으로 서로 이격되어 배치된 강판 검사 장치.
제5항에 있어서, 상기 복수의 전자석은

상기 강판의 일 영역에 대하여 순차적으로 자기장을 발생시키는 강판 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 자속 감지부는

제1 방향으로 제1 자기장을 발생시키고, 상기 제1 자기장에 의하여 상기 강판에서 유발되는 제1 누설 자속 데이터를 검출하는 제1 자속 감지 센서; 및

상기 제1 방향과 상이한 방향인 제2 방향으로 제2 자기장으로 발생시키고, 상기 제2 자기장에 의하여 상기 강판에서 유발되는 제2 누설 자속 데이터를 검출하는 제2 자속 감지 센서;

를 포함하는 강판 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 자속 감지부는

상기 강판의 주행 방향에 대하여 평행한 제1 방향으로 제1 자기장을 발생시키고, 상기 제1 자기장에 의하여 상기 강판에서 유발되는 제1 누설 자속 데이터를 검출하는 제1 자속 감지 센서;

상기 제1 방향에 대하여 40도 내지 50도 증가한 제2 방향으로 제2 자기장을 발생시키고, 상기 제2 자기장에 의하여 상기 강판에서 유발되는 제2 누설 자속 데이터를 검출하는 제2 자속 감지 센서;

상기 강판의 주행 방향에 대하여 수직한 제3 방향으로 제3 자기장을 발생시키고, 상기 제3 자기장에 의하여 상기 강판에서 유발되는 제3 누설 자속 데이터를 검출하는 제3 자속 감지 센서; 및

상기 제3 방향에 대하여 40도 내지 50도 증가한 제4 방향으로 제4 자기장을 발생시키고, 상기 제4 자기장에 의하여 상기 강판에서 유발되는 제4 누설 자속 데이터를 검출하는 제4 자속 감지 센서;

를 포함하는 강판 검사 장치.
제8항에 있어서, 상기 제1 자속 감지 센서 내지 상기 제4 자속 감지 센서는

상기 강판의 진행 방향으로 배치된 강판 검사 장치.
제2항에 있어서, 상기 영상 획득부는

파장 범위가 0.9~1.7um인 단파장 적외선을 이용하여 상기 결함 영역에 대한 영상 데이터를 획득하는 강판 검사 장치.
강판의 진행 방향에 따라 배치된 복수의 자속 감지 센서 및 촬상 카메라를 포함하는 강판 검사 장치에서 수행되는 강판 검사 방법에 있어서,

상기 강판의 진행에 대응하여 상기 복수의 자속 감지 센서를 순차적으로 활성화시키는 단계;

상기 복수의 자속 감지 센서에서 제공된 복수의 누설 자속 데이터로부터 상기 강판에서 결함 영역을 결정하는 단계;

상기 결함 영역에 대하여 영상을 촬영하도록 상기 촬상 카메라를 제어하는 단계; 및

상기 촬상 카메라에서 제공된 영상 데이터를 이용하여 상기 결함 영역의 종류를 분류하는 단계;

를 포함하는 강판 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 복수의 자속 감지 센서를 순차적으로 활성화시키는 단계는

상기 강판의 진행 속도를 확인하는 단계; 및

상기 복수의 자속 감지 센서가 상기 강판의 일 영역에 대하여 공통적으로 센싱하도록, 상기 진행 속도에 대응하여 상기 복수의 자속 감지 센서를 순차적으로 활성화시키는 단계;

를 포함하는 강판 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 강판에서 결함 영역을 결정하는 단계는

상기 복수의 누설 자속 데이터에 각각 포함된 복수의 누설 자속 세기를 합산하는 단계; 및

합산된 값이 임계값 이상이면, 해당 영역을 결함 영역으로 결정하는 단계;

를 포함하는 강판 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 복수의 자속 감지 센서는

각각 서로 상이한 방향으로 자기장을 발생시켜, 서로 상이한 방향에서의 누설 자속 데이터를 검출하는 강판 검사 방법.
제14항에 있어서, 상기 결함 영역을 결정하는 단계는

임계값 이상의 자속 세기를 가지는 적어도 하나의 누설 자속 데이터를 이용하여, 결함의 방향을 추정하는 단계;

를 포함하는 강판 검사 방법.