KR100189090B1 - Sensor structure for welding line inspector - Google Patents

Sensor structure for welding line inspector Download PDF

Info

Publication number
KR100189090B1
KR100189090B1 KR1019950011134A KR19950011134A KR100189090B1 KR 100189090 B1 KR100189090 B1 KR 100189090B1 KR 1019950011134 A KR1019950011134 A KR 1019950011134A KR 19950011134 A KR19950011134 A KR 19950011134A KR 100189090 B1 KR100189090 B1 KR 100189090B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
sensor
welding
strip
welding line
Prior art date
Application number
KR1019950011134A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR960040578A (en
Inventor
배강열
이지형
김형식
Original Assignee
김형벽
현대중공업주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김형벽, 현대중공업주식회사 filed Critical 김형벽
Priority to KR1019950011134A priority Critical patent/KR100189090B1/en
Publication of KR960040578A publication Critical patent/KR960040578A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100189090B1 publication Critical patent/KR100189090B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02041Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 레이저 프로젝트 즉 레이저와 실린더형 렌즈의 회전을 이용하여 용접선 추적용 시각센서의 성능을 향상시키는 시각센서의 구조에 관한 것으로 레이저(1)와 실린더형 렌즈(2)에서 투사되는 레이저 띠가 중간에서 회전할 수 있도록 모터(4)와 엔코더(5)가 장착된 회전 거울(3)에 의해 고정 거울(6)로 반사시키고, 고정 거울(6)에서 재반사된 레이저 띠가 용접선에 투사되는 원리로 센서의 부피를 줄이고, 투광각도를 자동 변경하거나 용접 진행 방향의 용접부 형태를 계측하고자 레이저 띠의 위치를 이동하여 형성하는 것을 특징으로 하는 용접선 추적용 시각센서구조.The present invention relates to a structure of a visual sensor that improves the performance of the laser sensor, that is, the welding sensor for visual tracking using rotation of the laser and the cylindrical lens. The laser band projected from the laser (1) and the cylindrical lens (2) Reflected to the fixed mirror 6 by a rotating mirror 3 equipped with a motor 4 and an encoder 5 so as to rotate in the middle, and the laser strip reflected back from the fixed mirror 6 is projected onto the welding line. The principle is to reduce the volume of the sensor, and to change the transmission angle or to form the position of the laser strip to move the position of the laser strip to measure the shape of the weld in the welding direction.

Description

용접선 추적용 시각센서구조Vision sensor structure for welding seam tracking

제1도는 본 발명의 용접선 추적용 시각센서의 개념도.1 is a conceptual diagram of a visual sensor for welding seam tracking of the present invention.

제2도는 본 발명 레이저 띠의 회전 작동 개념도.2 is a conceptual diagram of the rotation operation of the present invention laser strip.

제3도는 본 발명의 회전되는 레이저 띠의 영상처리 시간 수순도.3 is an image processing time sequence of a rotating laser strip of the present invention.

제4도는 본 발명의 시각센서에 의한 영상의 합성도.4 is a view showing the synthesis of images by the visual sensor of the present invention.

제5도는 종래 용접선 추적용 시각센서의 개념도.5 is a conceptual diagram of a conventional visual sensor for tracking seam tracking.

제6도는 종래 시각센서에 의한 영상의 합성도.6 is a view illustrating the synthesis of images by a conventional visual sensor.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 레이저 2 : 실린더형 렌즈1: laser 2: cylindrical lens

3 : 회전거울 4 : 모터3: rotating mirror 4: motor

5 : 엔코더 6 : 고정거울5: encoder 6: fixed mirror

본 발명은 레이저 프로젝트 즉 레이저와 실린더형 렌즈의 회전을 이용하여 용접선 추적용 시각센서의 성능을 향상시키는 시각센서의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a visual sensor that improves the performance of the welding sensor tracking visual sensor using the laser project, that is, the rotation of the laser and the cylindrical lens.

종래에 사용되는 시각센서의 구조는 제5도에 도시된 바와 같이 레이저 프로젝트[레이저(21)+실린더형 렌즈(22)]를 이용하여 용접선에 가늘고 긴 띠(Stripe)를 형성시키고, 레이저만을 통과시키기 위한 광학 대역 필터(24)를 장착하고 상대각도(α)에 고정되어 위치한 CCD카메라(23)로써 띠의 형상을 촬영하고, 이를 영상처리 알고리즘을 이용하여 추출하는 원리를 채용하고 있으며, 제6도에서는 I-개선 용접부에 주사된 레이저 띠(26)의 영상(25)을 도시한 것으로 이때 실제 모재에 투사된 레이저 띠와 영상사이의 관계는 용접선이 레이저 투사면 위에 있다는 조건과 카메라 모델로부터 광삼각법을 이용하여 용접선의 위치를 계산하게 된다.The structure of a conventional visual sensor is formed using a laser project (laser 21 + cylinder type lens 22) to form a long strip on the welding line as shown in FIG. 5, and passes only the laser. The optical band filter 24 is mounted and the CCD camera 23 fixed to the relative angle α is used to photograph the shape of the band and to extract it using an image processing algorithm. The figure shows an image 25 of a laser strip 26 scanned on an I-improved weld, wherein the relationship between the laser strip and the image projected on the actual substrate is determined by the condition that the weld line is on the laser projection surface and from the camera model. Triangulation is used to calculate the position of the weld line.

한편 계측된 위치로 용접 토오치를 이동함으로써 용접선을 추적할 수 있게 되며 이때는 용접선의 위치만 결정됨으로 용접선의 기울기나 용접부의 형태를 판별할 수는 없고 노이즈 등으로 인하여 정보의 누락 가능성이 높으며 용접선이 곡면이거나, 3차원적으로 형성된 경우에는 형상의 변화에 용이하게 대처하지 못하는 단점을 가지고 있다.On the other hand, the welding seam can be traced by moving the welding torch to the measured position. In this case, the position of the welding seam is determined, and it is not possible to determine the inclination or shape of the welding seam. If it is curved or three-dimensionally formed, there is a disadvantage in that it is not easy to cope with the change in shape.

또한 레이저와 카메라 사이의 분리각도를 크게 해야 해상도가 높아짐으로, 해상도를 높이기 위해서는 센서와 레이저 사이의 간격을 넓게 하여 결국 센서의 부피가 크게 되며, 분리각도를 크게 하면 특히 높이 제어가 필요하게 되는 구조물의 용접에서는 센서로써 측정할 수 없는 사각지대(그림자 효과)가 발생하거나 측정범위를 이탈할 수 있는 등의 문제점이 있었다.In addition, since the resolution is increased by increasing the separation angle between the laser and the camera, in order to increase the resolution, the distance between the sensor and the laser is increased, and thus the sensor volume is increased, and when the separation angle is increased, the height control is particularly necessary. In welding, there were problems such as a blind spot (shadow effect) that could not be measured by the sensor or a deviation of the measurement range.

일반적으로, 용접의 자동화를 위해 용접선 추적용 시각센서를 사용하고 있으며 용접선 추적에서는 소형이면서 용접선에 대한 많은 정보를 정밀하고, 정확하며, 신속하게 획득할 수 있는 센서가 요구된다.In general, a welding line tracking visual sensor is used to automate welding, and a welding line tracking requires a sensor that is small and capable of accurately, accurately and quickly obtaining a lot of information about the welding line.

용접선 추적용 시각센서는 주로 능동형 기법을 채택하고 있는데, 이는 자연광 및 아크릴광을 차단한 상태에서 용접선에 대한 특정한 위치의 정보를 용이하게 얻을 수 있기 때문이며 용접선에 대한 형상정보를 정확하게 얻기 위해서는 용접위치 주위의 넓은 부분에 대해 수동형 시각 기법을 이용하여 용접부 정보를 획득하는 방법과 여러개의 레이저 프로젝트를 사용해서 필요한 다수 위치에서의 용접부 정보를 획득하는 방법 등이 재시될 수 있다.The visual sensor for welding seam mainly adopts the active technique, because it is possible to easily obtain the specific position information of the welding seam in the state of blocking natural light and acrylic light. The method of acquiring the weld information using a passive visual technique for a large part of the method and the method of acquiring the weld information from multiple locations required using multiple laser projects can be repeated.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 레이저 띠를 자동으로 회전 이동시켜 측정위치를 변경할 수 있고, 용접선이 곡면이거나 3차원적으로 형성된 경우에도 회전된 레이저 띠의 처리 기법에 따라 용접선의 위치와 형태가 동시에 계측이 가능하도록 창출한 것이다.Therefore, the present invention can change the measurement position by automatically rotating the laser strip in order to solve the above-mentioned conventional problems, even if the weld line is curved or formed three-dimensionally, The position and shape were created to enable simultaneous measurement.

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and the effect of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 용접선 추적용 시각센서의 개념도이고, 제2도는 본 발명 레이저 띠의 회전 작동 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a vision sensor for welding seam tracking according to the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a rotation operation of the laser strip of the present invention.

레이저(1)와 실린더형 렌즈(2)에서 투사되는 레이저 띠가 중간에서 회전할 수 있도록 모터(4)와 엔코더(5)가 장착된 회전 거울(3)에 의해 고정 거울(6)로 반사시키고, 고정 거울(6)에서 재반사된 레이저 띠가 용접선에 투사되는 원리로 센서의 부피를 줄이고, 투광각도를 자동 변경하거나 용접 진행 방향의 용접부 형태를 계측하고자 레이저 띠의 위치를 이동하여 형성하는 구조이다.Reflected to the fixed mirror 6 by a rotating mirror 3 equipped with a motor 4 and an encoder 5 so that the laser strip projected from the laser 1 and the cylindrical lens 2 can rotate in the middle. In order to reduce the volume of the sensor and to automatically change the angle of transmission or to measure the shape of the welding part in the welding progress direction, the laser band re-reflected from the fixed mirror 6 is projected onto the welding line. to be.

미설명 부호 (7)은 CCD카메라, (8)은 광학 대역 필터이다.Reference numeral 7 denotes a CCD camera, and 8 an optical band filter.

이와 같이 된 본 발명은 모터(4)가 장착된 회전거울(3)을 양 또는 음의 각도방향(Δθ,2Δθ,.....)으로 주기적으로 회전을 시켜 주면 실제의 레이저 위치(L)에서 투사되는 레이저 띠(9)는 제2도에 도시한 바와 같이 회전거울(3)에 반사되고, β의 각도로 고정된 고정거울(6)에 재반사되어 용접선에 투사될 때 용접선의 진행방향에서 전후로 이동하게 된다(9a, 9b, 9c).According to the present invention, the rotation mirror 3, in which the motor 4 is mounted, is periodically rotated in the positive or negative angular directions (Δθ, 2Δθ, .....), and the actual laser position L is achieved. The laser strip 9 projected at is reflected by the rotating mirror 3, as shown in FIG. 2, and is reflected back to the fixed mirror 6 fixed at an angle of β, and is projected onto the welding line when the welding line travels. Will move back and forth from (9a, 9b, 9c).

즉 가상의 레이저 위치(L')에서 레이저 띠(9')가 회전(2Δθ,4Δθ,.....)을 하는 효과와 동일하며, 이는 센서의 동작 중 레이저와 카메라 사이의 각도를 자동으로 변화함으로 측정시야의 범위를 조절할 수 있게 하여 높이 방향으로 경사진 용접부에서 발생하는 시각센서의 그림자 효과나 측정위치가 측정범위에서 이탈하는 현상을 방지할 수 있으며 카메라와 레이저 사이의 거리를 d에서 d'로 줄일 수 있어 센서의 크기를 축소할 수 있으며 종래와는 달리 용접선 방향으로 다수 개의 레이저 띠를 얻는 효과를 얻을 수 있음으로 레이저 띠의 영상처리 방법에 따라 계측위치에서 용접부위의 3차원적 형상을 결정할 수 있다. 따라서 이에 대응하여 용접자세를 미리 변경하여 설정할 수 있다.In other words, the effect of the laser strip 9 'rotating (2Δθ, 4Δθ, .....) at the virtual laser position L' is equivalent to automatically adjusting the angle between the laser and the camera during the operation of the sensor. By changing the range of the measurement field, it is possible to prevent the shadow effect of the visual sensor from the weld inclined in the height direction or the deviation of the measurement position from the measurement range. The size of the sensor can be reduced, and the effect of obtaining a plurality of laser bands in the direction of the welding line can be obtained, unlike in the conventional art. Can be determined. Therefore, the welding posture can be changed and set in advance correspondingly.

회전거울(3)에 장착된 엔코더(5)를 이용하여 거울이 회전된 각도를 알 수 있고 이로써 가상의 레이저 회전각도를 알 수 있으며 가상의 레이저 위치(L')와 시각센서에서의 영상의 관계를 카메라와 레이저 사이(분리) 각도를 이용(α,α-2Δθ,α+2Δθ,.....), 광삼각법에 의해 설정함으로써, 레이저 띠가 존재하는 용접부의 각 위치에서 3차원 정보를 계산할 수 있다.Using the encoder (5) mounted on the rotating mirror (3) it is possible to know the angle of rotation of the mirror, thereby knowing the virtual laser rotation angle and the relationship between the virtual laser position (L ') and the image from the visual sensor By using the angle between the camera and the laser (separation) (α, α-2Δθ, α + 2Δθ, .....) by the optical triangulation method, three-dimensional information is obtained at each position of the welded portion where the laser strip exists. Can be calculated

그리고 회전되는 각 레이저 띠의 영상을 얻는 시간 수순은 제3도에서와 같이 각 단계에서의 펄스 열로 나타낼 수 있다.The time sequence for obtaining the image of each of the laser beams being rotated may be represented by a pulse train at each step as shown in FIG.

회전거울의 각도가 r일 때, CCD카메라에서 레이저 띠의 영상을 포착(10a)하고, 영상 보드에서 회전거울 위치와 동기되는 시간에서 영상(이미지)를 읽어 들여 기억버퍼 1에 저장한다(11a).When the angle of the rotating mirror is r, the CCD camera captures the image of the laser strip (10a), and reads the image (image) at a time synchronized with the position of the rotating mirror on the image board and stores it in the memory buffer 1 (11a). .

이때 레이저의 문턱값을 이용한 고대역 통과필터를 이용하여 배경 영상으로부터 레이저를 분리하고, 레이저 탐색 알고리즘을 이용하여 레이저 위치를 찾고 그 좌표를 메모리에 기억한다.(영상처리)At this time, the laser is separated from the background image using a high pass filter using the threshold of the laser, and the laser location is searched using a laser search algorithm, and the coordinates are stored in the memory.

기억버퍼 1의 영상획득 후 다른 회전각도에서 투사된 레이저 띠의 영상을 CCD카메라에서 재포착(10b)하여 기억버퍼 2에 저장한다(11b).After acquiring the image of the memory buffer 1, the image of the laser band projected at different rotation angles is recaptured by the CCD camera (10b) and stored in the memory buffer 2 (11b).

이와 동일한 방법으로 회전각도가 변화된 각각의 위치에서의 레이저 띠의 위치를 결정할 수 있다(11c, 11d).In the same manner, it is possible to determine the position of the laser strip at each position where the rotation angle is changed (11c and 11d).

또한 이를 한주기(T)로 하여 합성할 수 있다(영상 합성).It can also be synthesized with one period (T) (image synthesis).

동일한 방법으로 용접선 방향으로 변화된 위치에서 영상포착(10a', ........) 및 영상기억(11a', ..........)이 계속적으로 가능하다.In the same way, image capture 10a ', ........ and image memory 11a', .......... are continuously possible at the position changed in the weld line direction.

제4도에서는 용접부 주위의 3차원적 형태를 파악하기 위해 합성된 영상(12)의 형태를 도시한 것으로 합성된 영상의 레이저 띠(13a-d)들을 이용하여 용접부의 3차원적 형상(방향, 기울기)을 판단할 수 있고 여러 각도에서 주사된 영상을 처리함으로써 정보의 누락에 대처할 수 있으며, 중복되는 계측위치의 정보로써 용접 도중 구조물의 변형에 의한 효과를 동시에 파악할 수 있는 것이다.FIG. 4 shows the shape of the synthesized image 12 to grasp the three-dimensional shape around the weld. The laser strip 13a-d of the synthesized image shows the three-dimensional shape (direction, Tilt) can be determined and processed by scanning images from different angles to cope with the missing information, and the information of overlapping measurement positions can be grasped at the same time by the deformation of the structure during welding.

그러므로 본 발명은 레이저 띠를 자동으로 회전 이동시켜 측정위치를 변경할 수 있고, 센서의 부피도 축소시킬 수 있으며 용접선의 다양한 변화 즉 곡면이나 3차원적 형상에도 용접선의 위치와 형태를 동시에 계측이 가능케 함으로 용접선 추적에 새로운 개념을 창출한 것이다.Therefore, the present invention can change the measurement position by automatically rotating the laser strip, it is possible to reduce the volume of the sensor and to measure the position and shape of the welding line at the same time, even in various changes of the welding line, that is, curved or three-dimensional shape It created a new concept in seam tracking.

Claims (1)

레이저(1)와 실린더형 렌즈(2)에서 투사되는 레이저 띠가 중간에서 회전할 수 있도록 모터(4)와 엔코더(5)가 장착된 회전 거울(3)에 의해 고정 거울(6)로 반사시키고, 고정 거울(6)에서 재반사된 레이저 띠가 용접선에 투사되는 원리로 센서의 부피를 줄이고, 투광각도를 자동 변경하거나 용접 진행 방향의 용접부 형태를 계측하고자 레이저 띠의 위치를 이동하여 형성하는 것을 특징으로 하는 용접선 추적용 시각센서구조.Reflected to the fixed mirror 6 by a rotating mirror 3 equipped with a motor 4 and an encoder 5 so that the laser strip projected from the laser 1 and the cylindrical lens 2 can rotate in the middle. In order to reduce the volume of the sensor and automatically change the angle of transmission or to measure the shape of the weld in the welding direction, the laser band re-reflected from the fixed mirror 6 is projected onto the welding line. A visual sensor structure for welding seam tracking.
KR1019950011134A 1995-05-08 1995-05-08 Sensor structure for welding line inspector KR100189090B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950011134A KR100189090B1 (en) 1995-05-08 1995-05-08 Sensor structure for welding line inspector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950011134A KR100189090B1 (en) 1995-05-08 1995-05-08 Sensor structure for welding line inspector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR960040578A KR960040578A (en) 1996-12-17
KR100189090B1 true KR100189090B1 (en) 1999-06-01

Family

ID=19413858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950011134A KR100189090B1 (en) 1995-05-08 1995-05-08 Sensor structure for welding line inspector

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100189090B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100500973B1 (en) * 1997-08-28 2005-10-04 삼성중공업 주식회사 Laser Strain Sensor for Weld Seam Tracking
KR100252133B1 (en) * 1997-11-14 2000-04-15 윤종용 Laser- visual angle sensing device

Also Published As

Publication number Publication date
KR960040578A (en) 1996-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5461478A (en) Method and apparatus for measuring three-dimensional position and orientation of an object using light projection
US7657082B2 (en) Method, apparatus and system for measuring a welding-groove position
US4822163A (en) Tracking vision sensor
US20170010356A1 (en) 3d measuring machine
Xu et al. A visual seam tracking system for robotic arc welding
US5127061A (en) Real-time three-dimensional imaging technique
KR100189090B1 (en) Sensor structure for welding line inspector
JP3941631B2 (en) Three-dimensional imaging apparatus and method
JPH08504505A (en) Method and apparatus for capturing distant images
JPH0755439A (en) Three-dimensional shape measuring equipment
US5111126A (en) Stereo optical guidance system for control of industrial robots
JP3638569B2 (en) 3D measuring device
CN206952357U (en) Weld seam tracking sensor
JPH0545117A (en) Optical method for measuring three-dimensional position
JP2887656B2 (en) Laser processing equipment
JPS5991308A (en) Method for detecting surface configuration
JP2502533B2 (en) Welding robot with sensor
JPH05337785A (en) Grinding path correcting device of grinder robot
JPH0534602B2 (en)
JPS6383604A (en) Three-dimensional coordinate measuring instrument
JPH0626859A (en) Distance measuring apparatus of unmanned running vehicle
JPH079373A (en) Welding robot and its tracking sensor
KR20020090636A (en) Pipe Fitting's Welding Method Using Laser Vision Sensor and the Apparatus thereof
JPH0610615B2 (en) Multi-directional distance measuring device
JPH11345335A (en) Method for image-picking up machined material by three-dimensional laser beam machining device and three-dimensional laser beam machining device using the method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20020201

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee