KR100680810B1 - 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재의 표면 색상을 영상이미지로 인식하고, 철과 비철소재의 표면색상이 서로 다른 점을 이용하여 폐자원 소재에서 비철소재, 특히 구리(Cu) 및 구리합금 등의 특정 색상의 소재만을 자동으로 선별하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치는, 서로 다른 복수의 소재들을 운송하는 구동부; 상기 구동부에 의하여 운송되는 소재들의 표면 색상을 캡쳐하는 측정부; 상기 측정부에 의하여 캡쳐된 표면 색상을 소정의 기준값과 비교하여, 그 차이에 따른 제어신호를 생성하는 제어부; 및 상하 슬라이딩 이동에 의하여 상기 소재들이 운송되는 메인 컨베이어와 선택적으로 연결 또는 이격되도록 배열됨으로써, 상기 메인 컨베이어와 사이에 형성되는 공간을 이용하여 시료들을 종류별로 구분하는 슬라이딩부를 포함하여, 상기 제어부에 의해 생성된 제어신호에 따라서 상기 복수의 소재들을 서로 분리하는 검출부를 포함한다.

폐자원, 선별, 색도 인식, color recognition, Frame grabber, ejecting mechanism, sorting system, scrap

Description

색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치 및 방법{AUTOMATIC MATERIAL SEPARATING DEVICE AND METHOD USING COLOR RECOGNITION}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별장치의 개략적인 구성블럭도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별장치의 세부 측면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별장치의 세부 상면도다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 소재정렬장치의 세부 구성도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이젝터가 에어노즐로 구성된 예를 나타내는 도면.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이젝터가 슬라이딩부로 구성된 예를 나타내는 도면.

도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별 과정을 설명하는 블럭도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 세부 선별 과정을 나타내는 순서도.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별 방법을 실시하는 제어 프로그램에 의하여 구현된 화면의 일 예.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 소재 1a: 선별대상소재

1b: 비선별대상소재 10: 구동부

20: 측정부 30: 제어부

40: 검출부 11: 리와인드 콘베이어

12: 소재 분급기 12a: 소재분산용 타이밍 벨트

12b: 소재분산모터 13: 소재 정렬장치

14; 메인 콘베이어 100: 소재 자동선별장치

15: 리와인드 콘베이어 모터 16: 메인 콘베이어 모터

21: 에어리어(Area) 카메라 22: 라인 카메라

23; 에어리어 카메라용 램프 24: 라인 카메라용 램프

25: 냉각팬 26: 조명차단막

41: 이젝터 41a: 에어노즐

41b; 슬라이딩부 42; 마그넷 밸브

70: HSB 데이터에 의한 컬러맵 71: 영역 설정 마커

72: 이치화 이미지 처리 소재 영상 81: 송광센서

82: 수광센서 83: 이격판

본 발명은 소재의 자동 선별장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소재의 표면 색상을 영상이미지로 인식하고, 철과 비철소재의 표면색상이 서로 다른 점을 이용하여 폐자원 소재에서 비철소재, 특히 구리(Cu) 및 구리합금 등의 특정 색상의 소재만을 자동으로 선별하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치 및 방법에 관한 것이다.

2005년 2월 16일 발효된 교토협약에 의한 온실가스 배출량 규제가 현실화되면서 철강산업, 특히 제강기술 분야에서의 큰 변화가 예고되고 있다. 즉, CO₂ 배출량이 막대한 현 고로조업에 큰 제약이 뒤따르게 되며, 이에 따라 친환경적이며 향후 철광석 등 자원고갈에 따른 대안으로 폐자원(SCRAP)을 적극 활용하는 생산체계로 전환을 위한 기술개발이 경주될 것으로 보고 있다. 그러나 문제는 냉연강판 등 고급강을 생산하기 위해서는 폐자원에 포함되는 불순물, 특히 구리(Cu)를 허용치인 0.2wt% 이하로 제거해야 하는 등의 기술적인 문제가 상존한다.

그러나, 구리(Cu)는 현 야금기술로서는 폐자원에 함유된 구리 제거에 대한 한계성을 극복하기가 매우 곤란하므로 물리적 및 화학적으로 제거하는 방법 등이 제시되어 왔다. 즉, 철 및 비철금속(특히, Cu 등)의 연성차이를 이용하여 액체질소로 폐자원을 철의 취화온도까지 냉각하여 폐자원을 파쇄하여 자기 선별을 통하여 구리(Cu)를 제거하는 저온파쇄기술(일본 특개평8-187447호 및 일본 특개평8-192069호), 또한 철 및 비철금속(특히, 구리(Cu) 등)의 증기압차를 이용하는 기술로 감압하에서 용강의 탈탄반응을 촉진시켜 탈탄반응에서 발생되는 일산화탄소(CO)가스에 의한 구리(Cu)의 증발계면의 면적을 증대시킴으로써 구리와 철을 분리하는 증발분리기술(E.Hirada et al.; CAMP. ISIJ, Vol.3, 1990, pp.1187, N.Tokimitsu et al.; CAMP. ISIJ Vol.3, 1990, pp.1183) 등이 그 일례이다. 다른 일례로서, 선별작업의 자동화 수단으로 레이저를 분리대상 소재에 조사하여 반사되는 분광 스펙트럼을 분석함으로써 특정한 색상만을 식별하는 방법도 모색되고 있다(H.P Satter: VDI BERICHTE NR. 934, 1991, Scrap sorting with Laser-an automatic process for mixed non-ferrous metals).

그러나 상술한 종래의 기술들은 모두 경제성 측면에서 아직 상용화하고 있지 못하고 있으며, 특히 레이저를 이용하는 방법은 경제성 뿐만 아니라 최악의 환경하에서 작업을 행하는 경우, 분광기 등의 유지보수 등의 문제로 실용화하는데 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은 소재의 표면 색상을 영상이미지로 인식하고, 철과 비철소재의 표면색상이 서로 다른 점을 이용하여 폐자원에서 비철소재, 특히 구리 및 구리합금 등의 특정 색상의 소재만을 자동으로 선별하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치는, 서로 다른 복수의 소재들을 운송하는 구동부; 상기 구동부에 의하여 운송되는 소재들의 표면 색상을 캡쳐하는 측정부; 상기 측정부에 의하여 캡쳐된 표면 색상을 소정의 기준값과 비교하여, 그 차이에 따른 제어신호를 생성하는 제어부; 및 상하 슬라이딩 이동에 의하여 상기 소재들이 운송되는 메인 컨베이어와 선택적으로 연결 또는 이격되도록 배열됨으로써, 상기 메인 컨베이어와 사이에 형성되는 공간을 이용하여 시료들을 종류별로 구분하는 슬라이딩부를 포함하여, 상기 제어부에 의해 생성된 제어신호에 따라서 상기 복수의 소재들을 서로 분리하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는, 상기 서로 다른 복수의 소재들을 상기 자동선별장치에 로딩(loading)하는 리와인드 콘베이어; 상기 리와인드 콘베이어로 운송되어온 소재들을 메인 콘베이어로 연계 운송함에 있어서 상기 메인 콘베이어 상의 특정한 위치로 상기 소재들이 편중되지 않도록 균등히 분급하는 소재 분급기; 및 상기 메인 콘베이어 상에 분급되어 운송되는 소재들을 미리 구성된 복수의 소재정렬채널을 이용하여 채널별로 일렬로 정렬시키는 상기 소재 정렬장치를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 측정부는, 상기 소재들의 표면색상의 영상을 2차원적으로 캡쳐하는 에어리어 카메라, 또는 상기 소재들의 표면색상을 선형이며 고속으로 캡쳐하는 라인 카메라를 포함하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 측정부는, 상기 에어리어 카메라 또는 상기 라인 카메라에 각각 조명을 제공하기 위한 램프; 상기 램프로부터 방사되는 열을 공냉시키기 위한 냉각팬; 및 상기 소재들에 대하여 균일한 조명을 제공하기 위한 조명차단막을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 검출부는, 메인 콘베이어 상으로 운송되어 오는 상기 소재들을 서로 선별 분리하기 위하여, 상기 제어부의 제어신호에 따라서 선별하고자 하는 특정 소재의 직후방에 강력한 압축공기를 분사하는 에어노즐을 포함하는 것이 바람직하다.

반면에, 상기 검출부는, 상하 슬라이딩 이동에 의하여 상기 소재들이 운송되는 메인 컨베이어와 선택적으로 연결 또는 이격되도록 배열됨으로써, 상기 메인 컨베이어와 사이에 형성되는 공간을 이용하여 시료들을 종류별로 구분하는 슬라이딩부를 포함할 수 있다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별방법은, 콘베이어 벨트 상으로 운송되는 서로 다른 복수의 소재들에 대한 2차원 영상을 각각 캡쳐하여 상기 각 소재들에 대한 RGB 데이터의 평균값을 계산하는 과정; 상기 각 소재별 RGB 데이터의 평균값을 이용하여 각 소재별 RGB 데이터의 허용 한계값에 대한 임계치를 설정하는 과정; 상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 각 소재들에 대한 영상정보를 재구성하고 상기 영상정보를 이용하여 상기 각 소재별 위치정보를 계산하는 과정; 상기 소재별 영상정보의 RGB 데이터를 HSB 데이터로 변환하고, 상기 HSB 데이터로부터 상기 소재별 HSB 색상영역을 계산하여 상기 소재별 색도를 획득하는 과정; 상기 획득된 소재들의 색도를 미리 설정된 기준값과 비교하고, 그 차이값에 따라 각각의 소재들을 분리하기 위한 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호에 따라서 모폴러지 기법에 의한 1차분리를 수행하는 과정; 상기 1차분리된 각 소재별 HSB 데이터에 RG 감도레벨을 적용하여 미리 설정된 임계값에 의한 색도 이미지를 분리하고 상기 모폴러지 기법에 의한 2차분리를 수행하는 과정; 및 상기 2차분리된 각 소재별 HSB 데이터의 이진화 이미지 및 상기 HSB 데이터의 위치정보를 시각적으로 표시하는 과정을 포함한다.

본 발명은 소재의 표면 색상을 영상 이미지로 인식하고, 그 인식 결과에 따라 원하는 소재를 검사하여 자동 분리, 선별하는 장치를 제공한다. 본 발명은 특히 폐자원(SCRAP)에 포함되어 있는 구리(Cu), 주석(Sn) 등의 비철소재인 불순물이 갖는 특정한 표면색상만을 별도로 인식함으로써 이를 선별하는 장치를 제공한다. 본 발명은 비철소재가 포함된 폐자원 뿐만 아니라 표면색상을 갖는 플라스틱, 고무와 같은 비금속 소재의 분리 등 자원 재활용 분야와, 전자부품의 결함여부 검사, 캡슐, 정제 등 의약품관리, 도장불량, 안료제조 분야, 영상계측 분야 등에서 광범위하게 적용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별장치의 개략적인 구성블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소재의 선별장치(100)는 구동부(10), 측정부(20), 제어부(30) 및 검출부(40)를 포함한다.

상기 구동부(10)는 철과 비철소재 등 서로 다른 복수의 소재들이 포함된 폐자원(Scrap) 소재를 운송하는 기능을 한다. 상기 측정부(20)는 상기 구동부(10)에 의하여 운송되는 소재들의 표면 색상을 캡쳐(capture)하는 기능을 한다. 상기 제어부(30)는 상기 측정부(20)에 의하여 캡쳐된 소재들의 표면 색상을 소정의 기준값과 비교하여, 그 차이에 따른 제어신호를 생성하는 기능을 한다. 상기 검출부(40)는 상기 제어부(30)에 의하여 생성된 제어신호에 따라서, 상기 복수의 소재들을 서로 분리하는 기능을 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별장치의 세부 측면도이다. 도 2를 참조하여, 상기 도 1에서 설명한 자동선별장치(100)의 구동부(10), 측정부(20), 제어부(30) 및 검출부(40)의 세부 구성을 설명한다.

상기 구동부(10)는 리와인드 콘베이어(11), 소재 분급기(12), 소재 정렬장치(13) 및 메인 콘베이어(14)를 포함한다. 상기 리와인드 콘베이어(11)는 철과 비철소재 등 서로 다른 복수의 소재들이 포함된 폐자원(Scrap) 소재를 상기 자동선별장치(100)에 로딩(loading)하는 기능을 한다. 상기 소재 분급기(12)는 상기 리와인드 콘베이어(11)로 운송되어온 소재들을 상기 메인 콘베이어(14)로 연계 운송함에 있 어서 메인 콘베이어(14) 상의 특정한 위치로 상기 소재들이 편중되지 않도록 균등히 분급하는 기능을 한다. 상기 소재 정렬장치(13)는 상기 메인 콘베이어(14)는 상에 분급되어 운송되는 소재들에 대한 색도 인식 및 이젝팅(ejecting) 효율을 향상시키기 위하여, 상기 소재들을 미리 구성된 복수의 소재정렬채널을 이용하여 채널별로 일렬로 정렬시키는 기능을 한다. 또한 상기 구동부(10)는 상기 리와인드 콘베이어(11)와 상기 메인 콘베이어(14)를 각각 구동하기 위한 리와인드 콘베이어 모터(15)와 메인 콘베이어 모터(16)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 측정부(20)는 에어리어(Area) 카메라(21) 및 라인 카메라(22)를 포함한다. 상기 에어리어 카메라(21)는 상기 메인 콘베이어(14)로 운송되어 온 소재들의 표면색상의 영상을 2차원적으로 캡쳐하는 기능을 한다. 상기 라인 카메라(22)는 상기 소재들의 표면색상을 선형이며 고속으로 캡쳐하는 기능을 한다. 또한 상기 측정부(20)는 상기 에어리어 카메라(21) 및 라인 카메라(22)에 각각 조명을 제공하기 위한 에어리어 카메라용 램프(23) 및 라인 카메라용 램프(24)를 더 포함한다. 또한 상기 측정부(20)는 상기 램프들(23,24)로부터 방사되는 열을 공냉시키기 위한 냉각팬(Fan)(25) 및 상기 소재들에 대하여 균일한 조명을 제공하기 위한 조명차단막(26)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(30)는 상기 측정부(20)에 의하여 캡쳐된 소재들의 표면 색상을 소정의 기준값과 비교하여, 상기 캡쳐된 표면 색상이 상기 소정의 기준값과 동일하 거나, 일정한 차이가 있는 경우 당해 소재의 종류를 구별하고, 그 구별 결과에 따른 제어신호를 생성한다. 상기 소정의 기준값은 다음과 같이 획득한 값을 이용할 수 있다. 먼저, 상기 선별하고자 하는 소재들의 색도 데이터를 반복된 실험을 통하여 측정함으로써, 특정 소재에 대한 기준 색도값을 획득할 수 있다. 또한 상기 소정의 기준값으로서 임의로 컬러 맵(Color map) 상에 특정한 색도영역을 지정함으로써, 상기 측정부(20)에서 측정한 소재들의 표면 색상 데이터가 미리 정한 기준 영역 내에 있는지 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라서 서로 다른 소재들을 구별할 수 있다. 상기 제어부(30)는 위와 같이 결정된 소정의 기준값과 상기 측정부(20)에 의하여 캡쳐된 소재들의 색도값을 비교한 결과에 의하여 생성된 제어신호를 이용하여 본 발명에 따른 이젝터(41)를 구동시킴으로써, 컨베이어 벨트 상으로 운송되는 소재들을 그 종류별로 분리할 수 있게 된다.

상기 검출부(40)는 이젝터(ejector)(41) 및 마그넷 밸브(42)를 포함한다. 상기 이젝터(41)는 상기 제어부(30)에 의하여 생성된 제어신호에 따라서, 상기 메인 콘베이어(14) 상으로 운송되어 오는 소재들을 서로 선별 분리하는 기능을 한다. 상기 이젝터(41)로는 도 5에 도시된 바와 같이 에어노즐(41a)을 이용하여 구성할 수 있다. 상기 에어노즐(41a)은 상기 메인 콘베이어(14) 상으로 운송되어 오는 소재들을 서로 선별 분리하기 위하여 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라서 강력한 압축공기를 선별하고자 하는 특정 소재의 직후방에 순간적으로 직접 분사하는 기능을 한다. 특히 상기 에어노즐(41a)은 소재 분리능력을 향상시키기 위하여, 분사되는 압축 공기가 소재 표면에 접촉하는 면적 및 정확도를 높일 수 있도록 2중 노즐 형태로 구성할 수 있다. 또한 상기 이젝터(41)는 도 6에 도시된 바와 같이 슬라이딩(sliding)부(41b)를 이용하여 구성될 수 있다. 상기 슬라이딩부(41b)는 상하 슬라이딩 이동에 의하여 상기 메인 컨베이어(14)와 선택적으로 연결 또는 이격되도록 배열됨으로써, 상기 메인 컨베이어(14)와 사이에 형성되는 공간을 이용하여 시료들을 종류별로 구분할 수 있다. 예를 들어, 메인 컨베이어(14) 상으로 선별하고자 하는 선별대상소재(1a)가 운송되면 상기 슬라이딩부(41b)를 고정시키고, 그 외의 비선별대상소재(1b)가 운송되면, 상기 슬라이딩부(41b)를 하방으로 슬라이딩시킴으로써 상기 비선별대상소재(1b)를 상기 선별대상소재(1a)와 분리시킨 후, 다시 상방으로 슬라이딩하여 원위치로 복귀하도록 구성될 수 있다. 상기 마그넷 밸브(42)는 상기 이젝터(41)를 구동하는 기능을 한다. 이와 같이 분리된 소재들은 시편이송로(60)를 통하여 이송된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별장치의 세부 상면도이다.

도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 자동선별장치(100)의 세부 동작을 설명한다. 리와인딩 콘베이어(11)에 의하여 운송되어 온 소재들은 상기 리와인딩 콘베이어(11)의 상측 단부에서 낙하되어 소재분급기(12)를 통하여 메인 콘베이어(14)로 공급된다. 이 때 상기 리와인딩 콘베이어(11)로부터 낙하 단부에서 낙하되는 소재들은 소재분급기(12)의 왕복 이동에 의하여 특정 위치에 편중되지 않고서 상기 메 인 콘베이어(14) 상에 균등히 분급된다. 이 때 상기 소재분급기(12)는 소재분산용 타이밍 벨트(12a)에 의하여 왕복구동된다. 그리고 상기 소재분산용 타이밍 벨트(12a)는 소재분산모터(12b)에 의하여 구동된다. 만약, 상기 소재분급기(12)를 사용하지 않는 경우에는, 상기 리와인딩 콘베이어(14)로부터 낙하되는 소재들은 상기 메인 콘베이어(14)의 한쪽으로 겹쳐지거나 모아진 상태로 이송되게 된다. 이와 같이 소재들이 서로 겹쳐지게 되면, 소재들에 대한 색도인식이 어렵고 또한 인식효율이 낮아짐으로써, 에어노즐(41)에 의한 분리효율을 저하시키게 된다. 따라서 상기 소재분급기(12)를 이용하여 상기 메인 콘베이어(14) 상에 소재들을 균등하게 분급시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 균등히 분급된 소재들은 메인 콘베이어(14) 상을 진행(도 3을 참조하면, 좌측에서 우측으로 진행)되면서, 복수의 채널로 구성된 소재정렬장치(13)를 통과함으로써, 채널 수에 따라 복수의 방향으로 각각 일렬로 정렬된다. 도 3에서는 상기 소재정렬장치(13)가 5개의 채널로 구성된 예를 도시하고 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 소재정렬장치(13)의 세부 구성도이다.

도 4를 참조하면, 상기 소재정렬장치(13) 내부에는 소재들의 진입여부를 감지하는 센서(81,82) 및 상기 소재들(1)의 진행간격을 조절하기 위한 이격판(83)이 더 포함된다.

상기 센서(81,82)는 예를 들어 적외선 센서를 이용하여 구성될 수 있으며, 상기 소재정렬장치(13)로 진행하는 소재들(1)을 감지한다. 상기 센서(81,82)는 상 기 소재정렬장치(13)의 일측벽에 형성된 송광센서(81)와 타측벽에 형성된 수광센서(82)로 구분될 수 있다. 상기 송광센서(81)로부터 조사된 빛을 상기 수광센서(82)가 수신하는 과정에서 수신 감도의 차이에 따라서 상기 채널 상에 소재(1)가 진입하였는지 여부를 판단할 수 있다.

상기 이격판(83)은 상기 소재정렬장치(13) 상을 진행하는 소재(1)의 진행 간격을 조절하는 기능을 한다. 상기 이격판(83)은 상기 센서(81,82)에 의하여 감지된 결과에 의하여 상기 소재정렬장치(13) 상에 소재(1)의 진입 순간을 인식할 수 있다. 그리고 상기 소재정렬장치(13) 상에 소재(1)의 진입되면, 상기 이격판(83)은 상기 이격판(83)에 연결된 에어실린더(미도시)의 구동에 의하여 직하방으로 하강함으로써, 소재(1)가 메인 콘베이어(14) 상을 일정 시간동안 진행하지 못하도록 차단한다. 이와 같이 이격판(83)을 이용하여 일정 시간동안 소재(1)의 진행을 차단하고, 일정한 시간이 경과된 후에 원위치로 복귀함으로써, 전방에 이미 진행하고 있는 다른 소재와 일정한 간격을 두고 이송되도록 한다. 즉, 상기 이격판(83)이 하강한 상태로 유지되는 시간을 조절함으로써 상기 소재(1)의 이송 간격을 조절할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 선별 과정을 설명하는 블럭도이다.

도 7을 참조하면, 철과 비철소재 등 서로 다른 복수의 소재들이 포함된 폐자원(Scrap) 소재(1)(이하, '대상소재'라 함)에 대하여 광원(23,24)을 이용하여 빛 조사하고, 카메라를 이용하여 2차원 영상을 획득한다(S10). 상기 단계(S10)에서 영상을 획득하는 방법으로는 CCL(Connected Component Labeling) 방법을 사용할 수 있다. 그리고 획득된 2차원 영상으로부터 이미지를 획득(S12)하여 RGB(red, green and blue) 데이터를 얻는다. 이후 상기 RGB 데이터에 대한 데이터 변환과정(S14)를 수행하여 HSB(hue, saturation and brightness) 데이터를 획득한다(S16). 이와 같이 획득한 HSB 데이터를 이용하여 소정의 기준값과 비교하여, 그 차이에 따라서 각각의 소재들을 분리하기 위한 제어신호를 생성하는 데이터 처리과정(S18)을 수행한다. 이와 같이 데이터 처리과정을 거친 후, 색도 인식의 민감도를 향상시키기 위하여 사용자(User)에 의하여 인위적으로 상기 RGB 데이터를 조절하는 과정을 부가할 수 있다(S20). 이와 같이 캡쳐된 소재의 색도를 소정의 기준값과 비교한 결과 특정 소재(예를 들어, 구리 또는 철)에 대한 기준값과 일치하는 경우에는 이들 각각의 소재들을 분리하기 위한 제어신호를 출력한다(S22). 이와 같이 출력된 제어신호에 의하여 메인 컨베이어(14)의 종단에 설치된 이젝터(41)를 이용하여 운송되는 각각의 소재들을 그 색도에 따라 분리할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 세부 선별 과정을 나타내는 순서도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 세부 선별 과정은 카메라에서 캡쳐(capture)한 2차원 영상을 변환처리하여 이젝터(ejector)를 작동하는 과정까지 다음과 같이 제1 내지 제5 단계로 구분될 수 있다.

도 8을 참조하면 제1 단계에서는 카메라를 이용하여 소재들에 대한 2차원 영상을 획득하여 채널별 소재(대상소재)에 대한 위치정보를 계산하는 과정이다.

상기 제1 단계에 있어서, 먼저 카메라를 이용하여 콘베이어 벨트 상으로 운송되는 서로 다른 복수의 소재들에 대한 2차원 영상을 획득하여(S110), 채널별 소재(대상소재)에 대한 RGB 데이터의 평균값을 산출하고(S111), 각 채널에 대한 각 소재의 RGB 허용 한계값에 대한 임계치를 설정하고(S112), 상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 소재들에 대한 영상정보를 재구성한다(S113). 상기 2차원 영상을 획득하는 과정에서는 더블 버퍼링(double buffering) 기법을 이용하여 자동운전 모드에서도 2차원 영상을 획득할 수 있다.

이와 같이 재구성된 영상정보는 노이즈(Noise) 처리를 위하여 이진화 처리를 하고(S114), 라벨링(labeling) 처리를 함으로써(S115), 해당 위치의 좌표를 기억할 수 있다. 그리고 각 라벨별 모멘트(Moment)를 계산함으로써(S116), 채널별 소재의 위치정보를 계산할 수 있다(S117). 여기서 이진화 작업이란 어떤 경계값을 기준으로 해당 픽셀값을 0,1로 구분하여 적용하는 것을 말하며, 보통은 흑(0) 또는 백(1 또는 255)으로 구분하여 저장한다. 또한 라벨링은 흑색으로 인접하여 연결되어 있는 모든 픽셀에 동일한 번호를 붙임으로서 물체를 인식할 때 사용하는 방법으로서 본 발명에서는, 일 예로서, CCL(Connected Component Labeling)방법을 이용하여 주변픽셀에 연속적으로 연결된 객체인지를 판별하여 연결성이 끝날 때까지 추적하여 동일번호를 붙이고 다음 공간으로 이동하는 방법을 사용한다.

제2 단계에서는, 상기 제1 단계에서 취득한 RGB 데이터를 HSB(hue, saturation and brightness) 데이터로 변환한다(S120). 상기 RGB 데이터는 전이(transfer) 또는 재생(reproduce)할 수 없는 데이터이므로, 수치의 일반화 및 계산이 용이한 HSB 데이터로 변환하여 색도를 판별하는 것이 바람직하다. 이후, 상기 HSB 데이터에 대한 평균값처리를 한 후(S121), HSB 색상영역을 계산하여 취득함으로써 상기 소재들의 색도를 획득한다(S122). 상기 RGB 데이터는 일 예로서 하기 [수학식 1]에 따라서 HSB 데이터로 변환될 수 있다.

여기서, I는 명도값, H는 색조값, 그리고 S는 채도값을 나타낸다. 또한 R,G,B는 획득된 소재의 표면 영상에 대한 이미지의 색을 RGB로 처리함으로써 얻어진 적색, 녹색 및 청색의 데이터를 나타낸다.

그리고 이와 같이 획득된 소재들의 색도를 소정의 기준값과 비교하여, 그 차이에 따라서 각각의 소재들을 분리하기 위한 제어신호를 생성한 후(S123), 모폴러지 기법에 의한 1차분리를 수행한다(S124).

상기 모폴러지 기법으로는 팽창수축처리방법을 이용할 수 있다. 팽창처리방법은 흑백이미지의 흑색을 확장하는 기법으로서 현 픽셀이 검정일 때 주위 8방향의 픽셀값이 모두 흑색이면 이 픽셀을 흑색으로 두고 하나라도 백색이면 해당 픽셀값을 백색으로 둔다. 수축처리방법은 팽창처리방법과는 반대로 현 픽셀값이 백색일 때 주변 8방향의 픽셀값이 모두 백색이면 백색으로 두고 하나라도 흑색이면 현 픽셀값을 흑색으로 두게 된다. 또한 모폴로지에 사용하는 현 픽셀을 기준으로 변수 데이터를 얻는 주변 픽셀들을 사용하는 방법도 여러 가지가 있으며, 이 때 이 주변 픽셀들을 마스크라 한다. 본 발명에서 사용한 마스크는 8방향 마스크이다.

제3 단계에서는 1차분리한 데이터에 대하여 RG 감도 레벨을 적용하여(S130), 임계값에 의한 색도이미지를 분리한 후(S131), 다시 모폴러지 기법에 의한 2차분리를 수행한다(S132).

제4 단계에서는 분리된 데이터의 위치를 표시하고(S140), 이러한 분리된 데이터의 이진화 이미지를 모니터 화면상에 표시함으로써(S141), 작업자가 실시간으로 육안으로 확인할 수 있게 된다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별 방법을 구현하는 제어 프로그램에 의하여 구현된 화면의 일 예이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 모니터 화면 상에 선별대상 소재(1a)(예를 들어, '철')에 대한 이진화 이미지와, 이를 HSB 데이터에 의한 컬러맵(color map) 상(70)에 영역 설정 마커(Marker)(71)를 이용하여 표시한다. 또한 별도로 이치화 이미지 처리 소재 영상(72)을 모니터 화면 상에 표시함으로써 작업자가 육안으로 용이하게 소재들을 확인할 수 있다. 또한 상기 생성된 제어신호에 의하여 채널별 이젝터(41)에 대한 이젝팅 타이머(ejecting timer)를 작동시킨다. 여기서 이젝팅 타이머란, 상기 색도 인식이 이루어진 소재가 상기 이젝터(41)의 위치에 도달할 때까지의 시간을 측정하는 장치이다.

제5 단계에서는, 상기 이젝팅 타이머에 의하여 상기 컨베이어 벨트 상으로 운송되는 소재들의 위치를 파악한 후, 이젝터(41)를 이용하여 상기 전송되는 소재들을 각 종류별로 분리할 수 있다(S150).

본 발명에 대한 발명자는 다음과 같은 조건 아래에서 본 발명에 따른 소재의 자동선별장치(100)을 제작 및 실험하였다. 본 실험에서 상기 색도인식 자동선별장치(100)는 1985 × 1210 × 972 mm(W× H × D)의 크기로 제작하였다. 그리고 상기 측정부(10)에 있어서, 색도인식 시 에어리어(Area) 카메라 및 라인카메라를 동시에 병용하면 인식정밀도 및 효율을 높일 수 있으나 본 실험에서는 성능대비 경제성을 고려하고 구성을 단순화하기 위하여 Area카메라만을 이용하여 실험하였다. 여기서 상기 에어리어 카메라는 100～300mm 사이의 높이 조절이 가능하고, 조명은 고주파 인버터로 주파수는 20kHz로 정하였다. 또한 3개의 램프를 사용하였으며, 측정실(Room)은 내부가 암실구조로 슬라이드형으로 Up/Down이 가능하도록 하였다. 상기 측정실(Room)은 그 크기(Room dimension, W× H× D)가 500× 532× 379mm이고, 램프 밝기(Lamp brightness)는 3000 Lm 3 ea 이상(over 3000 Lm 3 ea)으로 하였으며, 주파수(Frequency)는 20 KHz이상(over 20 KHz)으로 하였다. 그리고 Area카메라로는 Hitachi Model HV-D30를 사용하였으며, 카메라 이동 길이(Camera moving length)는 200mm(up to 200mm)이고, 스테이지 최대 길이(stage up/down max. distance)는 200 mm이다.

그리고 상기 제어부(30)에 대한 제어 프로그램 제작 시, 소재의 색상을 판별하고 분석하여 그 인식결과에 대해 제어부에 신호를 송출하도록 하였다. 이때, Area CCD 카메라를 사용하여 반사되는 색상(예를 들어, Cu, Fe)을 인식하고, R,G,B 각각의 칼라 강도(Intensity) 및 분리된 특정색상은 X-Y 좌표로 모니터 상에 디스플레이 하도록 구성하였다. 또한 분리하고자 하는 특정칼라를 임의로 설정 및 변경할 수 있도록 하고, 분리된 최종시그널은 상기 자동선별장치(100)와 인터페이스를 형성하도록 구성하였다.

또한 콘베이어 사양으로서는, 메인 전원은 AC-220V 10A 1P, 메인콘베이어의 크기(L× W)는 376 × 1538 mm, 리와인드 콘베이어의 크기(L× W)는 120 × 1750mm, 메인콘베이어 속도는 10-40 m/min.(adjustable), 콘베이어 재질은 고무이며, 모터는 80 -120mm, 0.75Kw인 것을 사용하였다.

또한 소재정렬장치(13)은 메인 콘베이어(14)의 폭 약370 mm를 약 60mm씩 간격으로 5구분하여 5채널로 하였으며 5개의 모터로 구동되도록 설계하였다. 소재의 채널통과 높이는 약43mm로 하였으며 모든 소재는 측정 스테이지(stage)로 진입하기 전에 소재정렬장치(13)를 통과해야하므로 시편의 크기가 제한되는 단점이 있으나 인식효율을 높이기 위하여는 본 연구에서 안출한 메카니즘이 매우 유효하였다. 본 실시예에서는 안출한 장치의 성능을 시험하기 위하여 콘베이어 폭 및 채널통과 높이를 제한하였을 뿐으로 쉬레더(shredder)공장 등 현장에서 사용하기 위해서는 임 의로 규모를 크게 확장할 수 있는 특징이 있다.

소재정렬장치(13)에 내장된 이격판(83)은 1mm 두께의 스테인레스 강판을 사용하여 폭50mm로 하여 제작하였으며 이격판이 하강 후 유지되는 시간은 본 시험시에는 편의상 0.2 sec로 설정하였으나 유지시간은 조절이 가능하도록 되어 있어 전방의 선행 소재와의 간격을 조정할 수 있도록 하였다. 송광센서(81) 및 수광센서(82)의 사양은 적외선 발광다이오드(850nm)로 투과형의 검출방식이며 검출거리는 1m, 응답시간은 50ms, 출력유지시간은 약500ms로 소재가 소재정렬장치로 진입하게 되면 소재를 인식하여 그 신호를 제어부(30)으로 송출하도록 하였다.

또한 본 실험에서는 검출한 소재를 분리하는 이젝터(41)를 에어노즐(41a)로 제작하였다. 즉, 측정부(20)에서 폐자원(scrap)의 색도를 인식하고 몇번 채널에 어느 위치에 물체가 있는 지를 판별하여 신호를 송출함으로써 공압을 이용하여 에어를 순간적으로 분사하여 선별하도록 하였다. 초기에는 각 채널별로 한개의 에어노즐을 설치하도록 하였으나 중량이 있는 폐자원(scrap)의 경우에는 인식은 정확하나 분사력이 부족하여 분리가 안되는 경우가 발생하고 또한 선별할 Cu scrap에 에어가 접촉하는 표면적을 크게 함으로써 선별효율을 높이도록 하기 위하여 도 5의 에어노즐(41a)처럼 2중 에어노즐을 사용하였다.

선별시험에 사용한 소재는 제강공정의 조성분석용 샘플링 채취시편을 현장에서 수거하여 가공한 일정한 크기의 정형 Fe scrap과 자동차 쉬레더(shredder) 공장에서 생산된 자동차 Fe scrap 및 Cu scrap으로 크기가 일정하지 않은 무정형 scrap, 3종류로 하였다. 시험은 정형 Fe scrap과 Cu scrap을 각각 50% 비로 혼합한 그룹과 무정형Fe scrap과 Cu scrap을 각각 50%비로 혼합한 그룹으로 구분하여 총 100개의 scrap으로 하였으며 선별효율은 Fe scrap에 몇개의 Cu scrap이 혼합되는지를 계수하여 산술계산하였다.

시험조건은 라인스피드를 20m/min로 설정하였으며 반응간격은 5400ms, 복귀시간 400ms, 인접검출 300 ms로 하였다. 반응간격은 카메라에서 인식하여 이젝팅(ejecting)할 때 까지의 시간을 의미하며 복귀시간은 이젝팅 후 다음 이젝팅 과정까지의 시간, 인접검출은 연이어 이송되어 오는 scrap이 동일재질인 경우 한 몸체로 인식되는 시간을 의미하며, 이러한 시험 조건은 사용자가 임으로 설정이 가능하다. 다음의 [표 1]은 위와 같은 조건 하에서 본 발명에 따른 소재 자동선별장치(100)를 이용하여 소재를 선별한 실험 결과를 나타내는 표이다.

시험시편	선별효율, %	비고
정형Fe scrap + Cu scrap	95	20m/min
무정형Fe scrap + Cu scrap	90

상기 [표 1]에서 정형Fe scrap과 Cu scrap를 혼합한 경우에는 선별효율이 95%로 무정형Fe scrap과 Cu scrap을 혼합한 경우의 선별효율 90%에 비하여 선별 효율이 다소 높기는 하지만 거의 비슷한 90%수준이상의 선별효율을 나타내었으며 이는 Cu scrap 10개중 9개이상을 분리해내는 양호한 성능을 나타내었다. 라인스피드 속도를 30m/sec로 높이는 경우에는 선별효율이 약 80%정도로 다소 저감하였으나 상용화가 가능할 정도의 높은 선별효율을 유지하는 것으로 판단되었다.

본 발명에 따른 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송과 같이 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 폐자원에서 비철소재, 특히 구리 및 구리합금 등의 특정 색상의 소재만을 자동으로 선별할 수 있으면서, 또한 높은 선별 효율을 유지할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 예를 들어 종래에 자동차 쉬레더(shredder) 공장 등에서 폐모터 등을 분리할 수 없었으나, 이러한 폐모터 등에 포함된 구리(Cu) 성분 에 대한 색도 인식을 통하여 폐모터를 분리 및 제거할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 소재 자동선별장치를 쉬레더(Shredder) 공장 및 전기로 업체 등에 설치함으로써 인력감축으로 인한 인건비 삭감 및 생산효율 증대에 기여할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 예를 들어, 연속 제강공정 시 사용원료인 폐자원(Scrap)을 투입하기 전에 색도판별에 의하여 구리(Cu) 소재를 기계적으로 선별분리 작업을 거치게 함으로써 고품질의 용강을 생산 할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 소재의 표면색상을 인식하고 그 인식결과에 따라 원하는 소재를 검사하여 자동 검출분리할 수 있으므로, 그 적용분야는 Cu, Sn등 비철소재인 불순물이 혼입되어 있는 철 폐자원(Scrap)의 선별작업뿐만 아니라 표면색상을 갖는 플래스틱, 고무와 같은 비금속 소재의 분리 등 자원재활용 분야 뿐만아니라 전자부품의 결함여부 검사, 캡슐, 정제 등 의약품관리, 도장불량, 안료제조분야, 영상계측 분야 등 광범위하게 적용될 수 있다.

Claims (7)

1. 서로 다른 복수의 소재들을 운송하는 구동부;

   상기 구동부에 의하여 운송되는 소재들의 표면 색상을 캡쳐하는 측정부;

   상기 측정부에 의하여 캡쳐된 표면 색상을 소정의 기준값과 비교하여, 그 차이에 따른 제어신호를 생성하는 제어부; 및

   상하 슬라이딩 이동에 의하여 상기 소재들이 운송되는 메인 컨베이어와 선택적으로 연결 또는 이격되도록 배열됨으로써, 상기 메인 컨베이어와 사이에 형성되는 공간을 이용하여 시료들을 종류별로 구분하는 슬라이딩부를 포함하여, 상기 제어부에 의해 생성된 제어신호에 따라서 상기 복수의 소재들을 서로 분리하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동부는,

   상기 서로 다른 복수의 소재들을 상기 자동선별장치에 로딩(loading)하는 리와인드 콘베이어;

   상기 리와인드 콘베이어로 운송되어온 소재들을 메인 콘베이어로 연계 운송함에 있어서 상기 메인 콘베이어 상의 특정한 위치로 상기 소재들이 편중되지 않도록 균등히 분급하는 소재 분급기; 및

   상기 메인 콘베이어 상에 분급되어 운송되는 소재들을 미리 구성된 복수의 소재정렬채널을 이용하여 채널별로 일렬로 정렬시키는 상기 소재 정렬장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 측정부는,

   상기 소재들의 표면색상의 영상을 2차원적으로 캡쳐하는 에어리어 카메라, 또는 상기 소재들의 표면색상을 선형이며 고속으로 캡쳐하는 라인 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 측정부는,

   상기 에어리어 카메라 또는 상기 라인 카메라에 각각 조명을 제공하기 위한 램프;

   상기 램프로부터 방사되는 열을 공냉시키기 위한 냉각팬; 및

   상기 소재들에 대하여 균일한 조명을 제공하기 위한 조명차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 검출부는,

   메인 콘베이어 상으로 운송되어 오는 상기 소재들을 서로 선별 분리하기 위하여, 상기 제어부의 제어신호에 따라서 선별하고자 하는 특정 소재의 직후방에 강력한 압축공기를 분사하는 에어노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별장치.
6. 삭제
7. 콘베이어 벨트 상으로 운송되는 서로 다른 복수의 소재들에 대한 2차원 영상을 각각 캡쳐하여 상기 각 소재들에 대한 RGB 데이터의 평균값을 계산하는 과정;

   상기 각 소재별 RGB 데이터의 평균값을 이용하여 각 소재별 RGB 데이터의 허용 한계값에 대한 임계치를 설정하는 과정;

   상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 각 소재들에 대한 영상정보를 재구성하고 상기 영상정보를 이용하여 상기 각 소재별 위치정보를 계산하는 과정;

   상기 소재별 영상정보의 RGB 데이터를 HSB 데이터로 변환하고, 상기 HSB 데이터로부터 상기 소재별 HSB 색상영역을 계산하여 상기 소재별 색도를 획득하는 과정;

   상기 획득된 소재들의 색도를 미리 설정된 기준값과 비교하고, 그 차이값에 따라 각각의 소재들을 분리하기 위한 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호에 따라서 모폴러지 기법에 의한 1차분리를 수행하는 과정;

   상기 1차분리된 각 소재별 HSB 데이터에 RG 감도레벨을 적용하여 미리 설정된 임계값에 의한 색도 이미지를 분리하고 상기 모폴러지 기법에 의한 2차분리를 수행하는 과정; 및

   상기 2차분리된 각 소재별 HSB 데이터의 이진화 이미지 및 상기 HSB 데이터의 위치정보를 시각적으로 표시하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 색도 인식을 이용한 소재의 자동 선별방법.

Images