KR100266805B1 - 2단계의 영상 처리를 통한 조선소 조립부재의 위치 및 자세 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조선 소조립라인의 취부공정에서 1단계 영상처리를 수행하여 부재의 대략적인 위치와 자세를 파악한 후, 파악된 위치로 갠트리를 이동시켜 부재 근방에서 2단계의 영상처리를 수행하므로 부재의 정확한 위치와 자세를 자동으로 측정할 수 있게 하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정 방법에 관한 것으로, 조선 소조립라인에서 정확한 부재조립을 가능하게 하기 위해서 정반상에 재치된 부재의 위치 및 자세를 측정하는 시스템에 있어서, 취부공정에서 천정에 취부된 한쌍의 카메라들로 영상을 획득하고 합성영상을 만들어 부재의 대략적인 위치와 자세를 파악하는 제 1영상처리단계; 및 상기 제 1영상처리단계에서 파악된 위치로 갠트리를 이동시키며 부재근방에서 갠트리회전축하방에 부착된 카메라로 영상을 얻어 영상처리를 행하여 부재의 정확한 위치와 자세를 측정하는 제 2영상처리단계를 포함하며, 이에 의해 본 발명은 부재의 정확한 위치와 자세를 자동으로 측정함으로써 보다 정밀한 작업이 가능하며, 다른 부수적인 시설투자없이 신속정확한 작업을 행할 수 있어 생산성을 향상하고 시설비를 절감할 수 있는 잇점을 가지고 있다.
Description
본 발명은 용접로봇을 이용한 조선 소조립라인의 자동용접시스템에 관한 것으로, 특히 취부공정에서 1단계 영상처리를 수행하여 부재의 대략적인 위치와 자세를 파악한 후, 파악된 위치로 갠트리를 이동시켜 부재 근방에서 2단계의 영상처리를 수행하므로 부재의 정확한 위치와 자세를 자동으로 측정할 수 있게 하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법에 관한 것이다.
기술이 급진적으로 발달되어 산업현장에서 자동화가 급속히 확산되면서 로봇을 이용한 자동작업이 보편화되어 가고 있는 추세이다. 이중 대표적인 것이 용접 작업을 자동으로 수행하는 용접로봇이며, 이러한 용접로봇이 가장 많이 사용되는 곳이 조선의 조립라인이다. 특히, 조선소의 소조립라인에서는 용접대상부재가 놓이는 정반의 크기가 수M×수십M로 매우 크며, 이 때문에 용접로봇을 이용한 자동용접을 수행하기 위해서 먼저 용접대상부재의 정확한 위치와 자세를 파악해야 한다. 이러한 용접대상부재의 정확한 위치와 자세를 기존에는 도 1에서와 같은 방법으로 파악하였다.
도 1은 일본 NKK사의 부재위치 인식을 위한 비젼(Vision)시스템의 구성도로, 보는 바와 같이 용접부재(10)의 두 점에 특정형상의 마크(11)를 인쇄하고 부재를 정반상의 특정 그리드(Grid)내에 재치시킨다. 그러면, 용접로봇(20)에 설치된 CCD 카메라(21)가 마크(11)를 감지하여 위치감지시스템(30)으로 전송한 후, 지오메트릭 트랜스포매이션시스템(40)으로 전송하면 부재의 위치와 자세에 따라 위치좌표에 따른 로봇제어값을 로봇제어시스템(50)에 보내 로봇콘트롤러(51)를 통해 로봇(20)을 통제하였다. 그러므로, 이러한 시스템을 운용하기 위해서는 부재를 정반위에 재치시킬 때 작업자가 부재를 특정 그리드내에 위치시켜야만 하는 불편함이 있을 뿐만 아니라, 마킹(Marking)으로 인한 추가공정이 필요하고 마크인식을 위해 외부광원을 차단해야 하기 때문에 광원차단을 위한 추가설비가 필요해 추가의 시설비가 소요되는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기에서와 같은 종래의 결점을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 취부공정에서 1단계 영상처리를 수행하여 부재의 대략적인 위치와 자세를 파악한 후, 파악된 위치로 갠트리를 이동시켜 부재 근방에서 2단계의 영상처리를 수행하므로 부재의 정확한 위치와 자세를 자동으로 측정할 수 있게 한 2 단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법을 제공함에 있다.
제1도는 종래의 부재위치 인식을 위한 비젼(Vision)시스템의 구성도.
제2도는 조선 소조립라인의 취부공정에서 행해지는 1단계 영상처리를 설명하기 위한 사시도.
제3도는 제2도의 영상처리에 의해 정반상의 부재가 나타난 합성영상을 나타낸 도면.
제4도는 취부공정에서의 1단계 영성처리과정을 나타낸 흐름도.
제5도는 조선 소조립라인의 용접공정에서 행해지는 2단계 영상처리를 설명하기 위한 사시도.
제6도는 제5도의 영상처리에 의해 정반상의 부재가 영상에 투영되어 나타난 도면.
제7도는 용접공정에서의 2단계 영상처리과정을 나타낸 흐름도.
제8도는 제7도에서 영상처리부분을 상세하게 설명하기 위한 흐름도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 부재 20 : 용접로봇
60 : 카메라 70 : 정반
80 : 갠트리회전축 81 : 카메라
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법은 조선 소조립라인에서 정확한 부재조립을 가능하게 하기 위해서 정반상에 재치된 부재의 위치 및 자세를 측정하는 시스템에 있어서, 취부공정에서 천정에 취부된 한쌍의 카메라들로 영상을 획득하고 합성 영상을 만들어 부재의 대략적인 위치와 자세를 파악하는 제 1영상처리단계; 및 상기 제 1영상처리단계에서 파악된 위치로 갠트리를 이동시키며 부재근방에서 갠트리 회전축하방에 부착된 카메라로 영상을 얻어 영상처리를 행하여 부재의 정확한 위치와 자세를 측정하는 제 2영상처리단계를 포함한다. 이 1,2단계의 영상처리에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세힐 설명한다.
도 2는 조선 소조립라인의 취부공정에서 행해지는 1단계 영상처리를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 도 2의 영상처리에 의해 정반상의 부재가 나타난 합성 영상을 나타낸 도면이다. 도 2에서 보는 바와 같이 천정에 고정된 2대의 카메라(60)를 이용하여 정반(70)전체에 대한 영상을 얻게 된다. 획득된 두 장의 영상은 영상합성과정을 거쳐 도 3에 도시한 바와 같은 하나의 영상으로 표현된다. 여기서, 도 3에 부기된 부호 ㉠,㉡은 부재(10)의 두 꼭지점을 나타낸다.
도 4는 취부공정에서의 1단계 영상처리과정을 나타낸 흐름도로, 이제 도 2, 도 3과 병행참조하면서 1단계의 영상처리과정에 대해 상세히 설명한다.
정반(70)의 전영역에 대하여 측정을 가능하게 하기 위하여 두 대의 카메라(60)로 영상을 획득한 후, 획득된 두 영상을 영상합성과정을 거쳐 하나의 영상으로 만든다.(단계100,101) 그리고, 부재(10)의 외곽선 정보로 이뤄진 CAD데이터를 이용하여 합성된 영상내에 나타나는 부재(10)의 ID를 결정한다.(단계102) 부재(10)의 ID결정이 끝나면 부재(10)의 외곽선 위치와 CAD데이터 외곽선 위치의 대응관계가 일치되도록 정렬시킨다.(단계103) 그러면, CAD데이터에 대응하는 부재(10)의 대략적 이동량과 회전량을 측정할 수 있는 데, 이때 측정되는 좌표는 영상좌표이므로 미리 구해둔 칼리브레이션(Calibration)데이터를 이용하여 이들 영상상의 점들을 공간상의 점으로 변환하여 부재(10)의 이동량과 회전량을 측정한다.(단계104) 한 부재(10)에 대한 상기와 같은 일련의 과정이 끝난 후 정반(70)상의 모든 부재(10)의 이동량과 회전량을 측정하였는 지를 판단한다.(단계105) 이때, 모든 부재에 대한 이동량과 회전량 측정이 끝나지 않은 것으로 판단될 경우에는 단계 102로 되돌아가 전단계를 반복하게 되며, 측정이 끝난 것으로 판단될 때에는 부재들 중 선단부재를 인식하여 선단부재의 위치를 구한다.(단계106) 이 선단부재의 위치는 취부공정과 용접공정에서 두 공정의 정반의 끝점과 부재의 상대적인 위치차이를 보정하는데 이용된다. 선반부재의 위치가 결정되면 부재선단과 정반끝의 거리차(Dx)를 구한 다음, 용접공정에 위치한 센서와 용접공정 정반끝점과의 거리차(dx)를 구한다. 용접공정에는 라인을 따라 이동하는 부재를 검출하는 센서가 있으며, 이 센서가 부재를 검출하면 라인의 이동이 멈추게 된다. 용접공정에서의 부재의 X좌표 X'는 아래식과 같이 구해진다. 이와 같이 구해진 X'는 취부공정과 용접공접에서 두 공정의 정반의 끝점과 부재의 상대적인 위치의 차이를 보정하기 위한 것이다.
X' = X + (Dx - dx) ………①
여기서, X는 취부공정에서의 X좌표를 나타내며, 위와 같이 측정된 모든 부재들의 이동량과 회전량을 이용하여 부재의 대략적 위치 및 자세를 인식하게 된다.(단계107)
도 5는 조선 소조립라인의 용접공정에서 행해지는 2단계 영상처리를 설명하기 위한 사시도이고, 도 6은 도 5의 영상처리에 의해 정반상의 부재가 영상에 투영되어 나타난 도면이다. 제 2영상처리단계에서는 갠트리회전축(80)의 중앙부위에 부착된 카메라(81)를 통해 영상을 얻게 되는 데, 이 영상이 도 6에 나타나 있다. 도 6에 부기된 부호 ㉢은 용접공정영상에 나타난 부재(10)의 꼭지점이다. 이 2단계 영상처리에 대해서는 도 7 및 도 8를 참조하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 7은 용접공정에서의 2단계 영상처리과정을 나타낸 흐름도이다.
취부공정의 작업이 모두 완료되고 부재들이 라인을 따라 용접공정으로 이동하여 부재들이 용접공정에 투입되었다는 외부센서의 신호가 입력되면 취부공정의 부재 1차 인식결과를 이용하여 영상획득순서를 스케쥴링한다.(단계200) 스케쥴링이 끝나면 취부공정에서 구한 영상획득위치로 갠트리가 이동하며 갠트리회전축중심에 취부된 카메라로 영상을 순차적으로 얻게 된다.(단계201,202) 획득한 영상들은 일련의 영상처리과정을 통하여 부재 꼭지점의 정밀위치를 측정하게 된다.(단계203) 이 영상처리부분에 대해서는 도 8를 참조하여 보다 상세하게 후술하기로 한다. 부재 꼭지점의 정밀측정이 끝난 후 모든 부재의 측정대상 꼭지점들의 위치를 측정하였는 지를 판단한다.(단계204) 이때, 모든 부재의 측정이 완료되지 않은 것으로 판정되면 단계 201로 되돌아가 전단계를 반복하며, 측정이 완료된 것으로 판정되면 모든 부재들의 영상처리결과를 이용하여 부재의 정밀위치 및 자세를 자동으로 인식하게 된다.(단계205)
도 8은 도 7에서 영상처리부분을 상세하게 나타낸 흐름도이다.
갠트리에 취부된 카메라로 획득한 영상을 메디안필터(Median Filter)를 이용하여 전처리를 행하여 영상상의 노이즈를 제거한다.(단계300) 그런 후, 영상상에 나타나는 부재의 꼭지점에 해당하는 CAD데이터의 꼭지점을 선택하고, 부재의 외곽 직선성분들이 존재하리라고 예상되는 영역을 추출한다.(단계301) 그리고, 오토쓰레솔딩(Auto Thresholding)기법을 이용하여 영상을 이진영상으로 만든다.(단계302) 이진영상으로부터 브롭컬러링(Blob Coloring)기법을 이용하여 원하지 않는 노이즈 성분들을 제거한다.(단계303) 이 노이즈성분들이 제거된 이진영상으로부터 소벨오퍼레이터(Sobel Operator)를 이용하여 에지들을 검출한다.(단계304) 그리고 나서, 앞에서 구한 직선성분 존재영역에 대하여 허프트랜스폼(Hough Transform)을 행하여 여러직선성분들을 검출한다.(단계305,206) 이 검출된 여러직선성분들과 CAD데이터를 이용하여 부재의 외곽직선이라 판단되는 두 직선들만을 추출한다.(단계307) 이 두 직선으로부터 교점을 구하여 영상상에서의 부재 꼭지점의 위치를 측정한다.(단계308) 한 부재에 대하여 두 꼭지점의 정밀위치가 측정되면 기하학적인 특성에 의하여 부재의 자세를 구할 수 있다. 이와 같이 하여 부재의 정밀위치와 가세가 결정되면 미리 구해둔 칼리브레이션데이터를 이용하여 공간좌표로 변환한다.(단계309) 특히, 갠트리회전축의 중앙위치에 카메라를 부착하여 영상중심의 공간상에서의 좌표가 갠트리좌표와 일치하게 하여 부재의 위치를 공간좌표로 변환하는 과정을 용이하게 한다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법은 취부공정에서 1단계 영상처리를 수행하여 부재의 대략적인 위치와 자세를 파악한 후, 파악된 위치로 갠트리를 이동시켜 부재 근방에서 2단계의 영상처리를 수행하므로 부재의 정확한 위치와 자세를 자동으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명은 조선 소조립공정에서 보다 정밀한 작업이 가능하며, 다른 부수적인 시설투자없이도 신속정확한 작업을 행할 수 있어 생산성을 향상하고 시설비를 절감할 수 있는 잇점을 가지고 있다.
Claims (6)
- 조선 소조립라인에서 정확한 부재조립을 가능하게 하기 위해서 정반상에 재치된 부재의 위치 및 자세를 측정하는 시스템에 있어서, 취부공정에서 천정에 취부된 한쌍의 카메라들로 영상을 회득하고 합성영상을 만들어 부재의 대략적인 위치와 자세를 파악하는 제 1영상처리단계; 및 상기 제 1영상처리단계에서 파악된 위치로 갠트리를 이동시키며 부재근방에서 갠트리회전축하방에 부착된 카메라로 영상을 얻어 영상처리를 행하여 부재의 정확한 위치와 자세를 측정하는 제 2영상처리단계를 포함하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제 1영상처리단계는 정반의 전영역에 대하여 측정을 가능하게 하기 위하여 두 대의 카메라로 영상을 획득한 후, 획득된 두 영상을 영상합성과정을 거쳐 하나의 영상으로 만드는 단계; 부재의 외곽선 정보로 이뤄진 CAD데이터를 이용하여 합성된 영상내에 나타나는 부재의 ID를 결정하는 단계; 부재의 ID 결정이 끝나면 부재의 외곽선 위치와 CAD데이터 외곽선 위치의 대응관계가 일치되도록 정렬시켜 CAD데이터에 대응하는 부재의 대략적 이동량과 회전량을 측정하는 단계; 상기 측정된 영상좌표를 미리 구해둔 칼리브레이션(Calibration)데이터를 이용하여 이들 영상상의 점들을 공간상의 점으로 변환하여 부재의 이동량과 회전량을 측정하는 단계; 한 부재에 대한 상기와 같은 일련의 과정이 끝난 후 정반상의 모든 부재의 이동량과 회전량을 측정하였는 지를 판단하는 단계; 상기 판단단계에서 측정이 끝난 것으로 판단될 때에는 부재들 중 선단부재를 인식하여 선단부재의 위치를 구하는 단계; 선단부재의 위치가 결정되면 부재선단과 정반끝의 거리차(Dx)를 구한 다음, 용접공정에 위치한 센서와 용접공정 정반끝점과의 거리차(dx)를 구하여 용접공정에서의 부재의 X좌표 X'를 산출하는 단계; 및 상기와 같이 측정된 모든 부재들의 이동량과 회전량을 이용하여 부재의 대략적 위치 및 자세를 인식하는 단계를 포함하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법.
- 제2항에 있어서, 상기 판단단계에서 모든 부재에 대한 이동량과 회전량 측정이 끝나지 않은 것으로 판단될 경우에는 부재 ID결정단계로 되돌아가 전단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법.
- 제2항에 있어서, 취부공정과 용접공접에서 두 공정의 정반의 끝점과 부재의 상대적인 위치의 차이를 보정하기 위하여 용접공정에서의 부재의 X좌표 X'는 아래식과 같이 구해지는 것을 특징으로 하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법.[아래식]X' = X + (Dx - dX), 여기서 X는 취부공정에서의 X좌표를 나타낸다.
- 제1항에 있어서, 상기 제 2영상처리단계는 취부공정의 작업이 모두 완료되고 부재들이 라인을 따라 용접공정으로 이동하여 부재들이 용접공정에 투입되었다는 외부센서의 신호가 입력되면 취부공정의 부재 1차 인식결과를 이용하여 영상획득순서를 스케쥴링하는 단계; 스케쥴링이 끝나면 취부공정에서 구한 영상획득위치로 갠트리가 이동하며 갠트리회전축중심에 취부된 카메라로 영상을 순차적으로 획득하는 단계; 상기 획득한 영상들을 일련의 영상처리과정을 통하여 부재 꼭기점의 정밀위치를 측정하는 단계; 부재 꼭지점의 정밀측정이 끝난 후 모든 부재의 측정대상 꼭지점들의 위치를 측정하였는 지를 판단하는 단계; 및 상기 판단단계에서 모든 부재의 측정이 완료되지 않는 것으로 판정되면 상기 영상획득단계로 되도록 가 전단계를 반복하며, 측정이 완료된 것으로 판정되면 모든 부재들의 영상처리결과를 이용하여 부재의 정밀위치 및 자세를 자동으로 인식하는 단계를 포함하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 부재 꼭지점의 정밀위치를 측정하기 위한 상기 영상 처리과정은 갠트리에 취부된 카메라로 획득한 영상을 메디안필터를 이용하여 전처리를 행하여 영상상의 노이즈를 제거하는 단계; 영상상에 나타나는 부재의 꼭지점에 해당하는 CAD데이터의 꼭지점을 선택하고, 부재의 외곽직선성분들이 존재하리라고 예상되는 영역을 선택하는 단계; 오토쓰레솔딩(Auto Thresholding)기법을 이용하여 영상을 이진영상화하는 단계; 상기 이진영상으로부터 브롭컬러링(Blob Coloring)기법을 이용하여 원하지 않는 노이즈성분들을 제거하는 단계; 상기 노이즈성분들이 제거된 이진영상으로부터 소벨오퍼레이터(Sobel Operator)를 이용하여 에지들을 검출하는 단계; 앞에서 구한 직선성분 존재영역에 대하여 허프트랜스폼(Hough Transform)을 행하여 여러직선성분들을 검출하는 단계; 상기 검출된 여러직선성분들과 CVD데이터를 이용하여 부재의 외곽선이라 판단되는 두 직선들만을 추출하는 단계; 상기 두 직선으로부터 교점을 구하여 부재 꼭지점의 영상상에서의 위치를 측정하고, 상기 측정된 정밀위치를 갖고 기하학적인 특성에 의하여 부재의 자세를 구하는 단계; 및 상기와 같이 얻어진 부재의 정밀위치와 자세를 미리 구해둔 칼리브레이션데이터를 이용하여 공간좌표로 변환하는 단계를 포함하는 2단계의 영상처리를 통한 조선 소조립부재의 위치 및 자세측정방법.
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|---|---|---|---|
| KR1019980001762A KR100266805B1 (ko) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 2단계의 영상 처리를 통한 조선소 조립부재의 위치 및 자세 측정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019980001762A KR100266805B1 (ko) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 2단계의 영상 처리를 통한 조선소 조립부재의 위치 및 자세 측정방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1019980001762A KR100266805B1 (ko) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 2단계의 영상 처리를 통한 조선소 조립부재의 위치 및 자세 측정방법 |
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