KR100687815B1

KR100687815B1 - 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비

Info

Publication number: KR100687815B1
Application number: KR1020050135728A
Authority: KR
Inventors: 장홍래; 우상혁; 이시열; 김성한
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-03-02

Abstract

본 발명은 레이저모듈과 필터 및 조명모듈의 파장대역을 상호 일치시킴에 따라 2차원과 3차원에 관한 계측 및 검사를 함께 수행할 수 있고, 강성과 안전성이 뛰어나고 콤팩트한 구조를 갖는 센서모듈부의 제공에 따라 협소한 공간에서 설치가 가능하고 내구성이 뛰어난 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비는 영상정보를 이용한 검사 및 계측과, 온(ON)신호, 오프(OFF)신호를 포함한 제어 신호 처리를 위한 주제어부(200) 및 온 모듈 컴퓨터(340)와; 주제어부(200) 또는 온 모듈 컴퓨터(340)에 연결되어서 적어도 상기 제어 신호를 입력받고 검사 또는 계측하려는 파이프(10) 등과 같은 작업대상물을 바라보도록 대향적으로 설치되는 센서모듈부(300)를 포함하되, 센서모듈부(300)에서 조명모듈(330)의 파장대역과 레이저모듈(320)의 파장대역 및 카메라모듈(310)에 장착된 필터(311)의 파장대역을 상호 일치시킨 것을 특징으로 한다.

카메라모듈, 필터, 조명모듈, 레이저모듈, 주제어부

Description

2차원 및 3차원 통합 계측검사장비{Measuring and detecting system for two -dimension and three-dimension}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비의 전기적 구성을 도시한 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 센서모듈부의 파장대역을 도시한 그래프이다.

도 3은 도 1에 도시된 센서모듈부의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 센서모듈부의 분해사시도이다.

도 5a와 도 5b는 도 3에 도시된 조명의 틸트기구물을 설명하기 위한 측면도들이다.

도 6은 본 발명에 따른 예시적인 설치상태를 보인 사시도이다.

도 7은 3차원 계측에 관한 결과 영상을 보인 도면 대용 사진이다.

도 8은 2차원 검사에 관한 결과 영상을 보인 도면 대용 사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 실시예 200 : 주제어부

300 : 센서모듈부 310 : 카메라모듈

311 : 필터 320 : 레이저모듈

330 : 조명모듈 340 : 온 모듈 컴퓨터

350 : 하부케이싱 360 : 커버

본 발명은 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 용접, 결합, 체결부위 등의 검사 및 계측하는 시스템이나 2차원 및 3차원 영역을 포함한 측정 검사 시스템 등과 같은 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비에 관한 것이다.

일반적으로, 3차원 계측을 주 용도로 사용하기 위한 계측장비에 장착된 비전 센서(vision sensor)는 레이저빔의 파장대역에 맞추어진 소정의 필터를 장착하여, 최대한 배경화면을 배재한 선명한 레이저 띠의 형태를 축출해야한다.

이와 반면, 2차원 영상 검사를 주 용도로 사용하기 위한 검사장비에 장착된 비전 센서는 검사부에 일정한 밝기와 세기의 조명빛을 조사(照射 : irradiate)하여 최대한 선명한 피계측 영상을 얻을 수 있도록 되어 있다.

즉, 레이저를 이용한 기존의 비전 센서를 이용한 계측 또는 검사 장비들은 특정 부분의 3차원 측정의 목적 또는 2차원 영상 추출의 목적별로 개별 제작되어 있으므로, 2차원 검사와 3차원 검사 내지 계측을 구조적으로나 기능적으로 동시에 수행할 수 없도록 되어 있다.

그럼에도 불구하고, 2차원 검사와 3차원 검사 내지 계측을 동시에 수행해야 할 필요가 있는 특수한 기술 스팩을 요구하는 특정 시스템에서는 두 대의 장비를 모두 설치하여 사용하였다.

그러나, 두 대의 장비를 위한 설치 공간이 해당 시스템의 구조적 특징에 의에 허용되지 않을 경우, 장비 배열이나 설치에서 매우 많은 어려움과 해결해야할 문제점이 발생된다.

또한, 두 대의 장비를 모두 한 곳에 동시 배열 한다고 해도 같은 계측부위를 동시에 볼 수 있도록 구성하는데 역시 별도의 기술적 난해성이 존재한다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저모듈과 필터 및 조명모듈의 파장대역을 상호 일치시킴에 따라 2차원과 3차원에 관한 계측 및 검사를 함께 수행할 수 있고, 강성과 안전성이 뛰어나고 콤팩트한 구조를 갖는 센서모듈부의 제공에 따라 협소한 공간에서 설치가 가능하고 내구성이 뛰어난 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비를 제공하고자 한다.

상기한 본 발명의 목적은 영상정보를 이용한 검사 및 계측과, 온신호, 오프신호를 포함한 제어 신호 처리를 위한 주제어부 및 온 모듈 컴퓨터와; 상기 주제어부 또는 상기 온 모듈 컴퓨터에 연결되어서 적어도 상기 제어 신호를 입력받고 검사 또는 계측하려는 작업대상물을 바라보도록 대향적으로 설치되는 센서모듈부를 포함하되, 상기 센서모듈부에서 조명모듈의 파장대역과 레이저모듈의 파장대역, 즉 레이저모듈에서 조사되는 레이저빔의 파장대역 및 카메라모듈에 장착된 필터의 파장대역을 상호 일치시킨 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비에 의해 달성된다.

본 발명의 목적 달성을 해결하기 위한 관점에 따른 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비는 극히 제한된 설치 공간, 예컨대 로봇 내부 등과 같이 협소한 공간 면적을 갖는 공간에서 센서모듈부를 용이하게 설치시킬 수 있다.

본 발명의 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비는 계측 및 검사를 위해서 2차원과 3차원 별로 각각 해당 장비의 사용이 요구되거나, 두 가지의 비전 센서 내지 그의 등가물들을 병렬 또는 직렬로 조합해서 사용해야 하는 상황에서 발생되는 문제점을 해소시킨다.

특히 2차원과 3차원 계측 및 검사를 하나의 장비에서 수행하도록, 본 발명의 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비의 센서모듈부는 분해 조립이 가능한 하부케이싱과 커버의 내부에 적어도 카메라모듈과 레이저모듈을 장착하고 있다.

본 발명의 센서모듈부는 복수개의 비전 센서가 아닌 단일 센서 수단, 예컨대 한 대의 카메라모듈만이 사용된 콤팩트한 크기를 갖고 있어서 공간 이용의 효율화에 도움이 된다.

이때, 센서모듈부는 카메라모듈의 필터 및 레이저모듈과 동일한 파장대역의 조명빛을 조명모듈에서 발광시켜 소정 각도로 검사 및 계측부위에 비추는 역할을 수행하도록 되어 있어서, 용접된 파이프 내부의 백 비드(back bead) 등과 같은 검 사 또는 계측부위에 관한 3차원 계측 또는 2차원 검사를 모두 수행할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비의 전기적 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 센서모듈부의 파장대역을 도시한 그래프이다. 또한, 도 3은 도 1에 도시된 센서모듈부의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 센서모듈부의 분해사시도이다. 또한, 도 5a와 도 5b는 도 3에 도시된 조명의 틸트기구물을 설명하기 위한 측면도들이고, 도 6은 본 발명에 따른 예시적인 설치상태를 보인 사시도이다. 그리고, 도 7은 3차원 계측에 관한 결과 영상을 보인 도면 대용 사진이고, 도 8은 2차원 검사에 관한 결과 영상을 보인 도면 대용 사진이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예(100)는 영상정보를 이용한 검사 및 계측과, 온(ON)신호, 오프(OFF)신호를 포함한 제어 신호 처리를 위해서, 주제어부(200) 및 온 모듈 컴퓨터(340)를 갖는다.

온 모듈 컴퓨터(340)는 스탠드 얼론 시스템(stand-alone system), 단독 영상 처리 시스템(예, 제품명 : 4Sight II 또는 4SightM 등)과 같은 전문 영상 신호 처리 시스템이나 또는 그와 유사하거나 동일한 기능을 수행하는 등가물로서 본 발명에서 구성 가능하다.

예컨대, 온 모듈 컴퓨터(340)는 펜티엄 모바일 프로세서와, 주기억 및 보조 기억장치를 포함한 메모리와, 'ATM-400 hard drive', 'USB 2.0', 기가바이트 이더넷을 지원하고, 아날로그 또는 디지털 카메라 링크, 'LVDS', 'RS-422', 'IEEE 1394', 오디오 입력 및 출력 지원, 전절회로, 아날로그 디지털 영상처리모듈을 구비하여 영상 획득 및 처리와 디스플레이기능이 통합된 시스템이다.

온 모듈 컴퓨터(340)는 영상처리부(346)에 의해 디스플레이기능이 지원됨으로써, 주제어부(200)의 디스플레이부(170) 또는 자체 디스플레이부(170)를 사용할 수 있다.

주제어부(200) 및 온 모듈 컴퓨터(340)는 통상의 병렬 컴퓨팅 기술을 이용하여 연동신호를 주고 받아 연동작동 가능하며, 주제어부(200) 또는 온 모듈 컴퓨터(340) 중 어느 하나에서 영상 처리, 계측, 검사, 제어 등을 수행케 해준다.

주제어부(200) 및 온 모듈 컴퓨터(340)는 현존 하는 컴퓨터 기술에 의해 통한 시스템으로 구축될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명의 실시예(100)는 상기 주제어부(200) 또는 온 모듈 컴퓨터(340)에 연결되어서 검사 또는 계측하려는 작업대상물, 즉 용접용 파이프(10) 안쪽의 백 비드(11)(back bead)를 바라보도록 대향적으로 설치되는 것으로서 하나의 장비로 이루어진 센서모듈부(300)를 제공한다.

여기서, 작업대상물은 계측 및 검사부위를 의미하고, 하나의 장비란 2차원 검사와 3차원 검사 및 계측을 동시에 수행하는 센서모듈부(300)가 개별적인 몸체가 아닌 하나의 몸체를 갖는다는 것을 의미한다.

주제어부(200)와 온 모듈 컴퓨터(340)는 각각 외부 상용 전원(예 : AC220V) 에 접속된 전원공급부(110, 341)를 갖고 있다.

각각의 전원공급부(110, 341)는 외부 상용 전원을 주제어부(200) 또는 온 모듈 컴퓨터(340) 각각의 내부 회로에 공급하는 역할을 한다.

특히, 주제어부(200)측 전원공급부(110)는 레이저모듈(320)과, 조명모듈(330) 각각의 작동 전원에 맞게 변환하고, 이를 분배 또는 공급하는 통상의 전원공급회로의 구성을 갖는다.

주제어부(200)는 통상의 레이저 비전 시스템(laser vision system), 컴퓨터 제어 시스템, 온 모듈 컨트롤러 등과 같은 컨트롤러 회로보드와, 기타 하드웨어(예 : 모션 보드, A/D데이터 보드, 구동 보드 등)를 구비할 수 있다.

주제어부(200)측의 중앙처리장치(120)는 주제어부(200)의 작동 제어를 위한 프로세서와, 주기억 및 보조기억장치를 포함한 메모리와, 해당 시스템버스를 갖는 것으로서, 아래의 온 모듈 컴퓨터(340)와 병행하여 각종 제어, 작동, 검사, 계측, 데이터 처리, 영상 입출력, 명령 입출력 알고리즘을 계통적으로 수행할 수 있도록 되어 있다.

즉, 본 발명에서 검사, 계측, 영상 데이터 처리, 영상 입출력은 온 모듈 컴퓨터(340) 및 그의 중앙처리장치(342)가 메인 장치로서 담당하고, 이와 병행하여 주제어부(200) 측에서도 동일 기능(예 : 검사, 계측, 영상 데이터 처리, 영상 입출력 등)을 수행할 수 있다.

온 모듈 컴퓨터(340)는 주제어부(200)와 같이, 영상처리부(346), 디스플레이부(347), 통신부(343), 입력부(345)를 갖고 있고, 카메라제어부(349)를 포 갖고 있 다.

예컨대, 주제어부(200)측 중앙처리장치(120)는 그의 프로세서(processor)에 의해 액세스되는 메모리를 갖되, 본 발명에서 개시할 조명 제어 알고리즘과, 통상적인 계측 및 검사에 관한 레이저 비전 시스템의 제어 알고리즘 등을 메모리에 저장하고 있다.

또한, 온 모듈 컴퓨터(340)측 중앙처리장치(342)는 그의 프로세서에 의해 액세스되는 메모리를 갖되, 통상적인 계측 및 검사에 관한 레이저 비전 시스템의 제어 알고리즘과, 레이저 비전 시스템의 영상 처리 알고리즘과, 3차원 계측 알고리즘과, 2차원 검사 알고리즘을 메모리에 저장하고 있는 것이 바람직하다.

여기서, 조명 제어 알고리즘이란 입력부(150)를 통해서 입력된 사용자의 조명제어명령, 또는 이에 준하는 소정의 자동 계측 및 검사 알고리즘의 프로세스작동 중 출력된 조명제어명령 중 어느 하나에 상응하여, 상기 제1온신호 또는 상기 제1오프신호를 선택적으로 출력시키도록 프로그램되어 있다.

이런 조명 제어 알고리즘을 수행하도록 구성된 주제어부(200)의 중앙처리장치(120)는 통상적인 온신호, 오프신호와 같은 제어 신호 처리를 수행하는 과정에서, 조명 제어 알고리즘에 상응한 2차원 검사를 위해서 센서모듈부(300)의 조명모듈(330)을 켜는데 필요한 제1온신호, 또는 조명 제어 알고리즘에 상응한 통상적인 3차원 계측을 위해서 조명모듈(330)을 끄는데 필요한 제1오프신호를 선택적으로 스위치부(140)쪽으로 전달하는 조명 구동 회로를 갖는다.

또한, 중앙처리장치(120)는 통상의 레이저 비전 시스템의 제어 알고리즘에 상응하여 센서모듈부(300)의 레이저모듈(320)을 켜는데 필요한 제2온신호, 또는 레이저모듈(320)을 끄는데 필요한 제2오프신호를 스위치부(140)쪽으로 전달하는 통상적인 레이저 구동 회로를 더 갖는다.

한편, 중앙처리장치(120, 342)와 카메라제어부(349)와 통신부(130, 343)는 해당 통신 규격을 만족하는 통신라인을 통해서 연결되어 있다.

통신부(130, 343)는 주제어부(200)와 온 모듈 컴퓨터(340) 간의 통신연결, 데이터 및 신호의 입출력, 프로토콜변환을 위한 중재자 역할을 수행하는 회로 구성을 갖는다.

예컨대, 통신부(343)는 영상신호와 명령신호 및, 카메라모듈(310)의 작동 전원 공급, 영상데이터 입력 또는 출력을 수행한다.

RS-232C 기술규격에 호환되는 영상신호보드와 명령신호보드 형식의 구성요소는 온 모듈 컴퓨터(340)의 영상처리부(346)(예 : GRAB)와 입력부(345) 인 것이 바람직하다.

또한, 각각의 중앙처리장치(120, 342)에는 입력부(150) 및 영상처리부(160)가 접속되어 있다.

특히, 주제어부(200)에는 스위치부(140)가 더 접속되어 있다.

주제어부(200)의 스위치부(140)는 중앙처리장치(120)로부터 입력받은 제1온신호 또는 제1오프신호의 유무에 따라 조명모듈(330)과 전원공급부(110) 사이의 조명용 스위치를 온, 오프시킴으로써 조명용 작동전원을 공급 또는 차단시키는 조명전원 제어회로와, 중앙처리장치(120)로부터 입력받은 제2온신호 또는 제2오프신호 의 유무에 따라 레이저모듈(330)과 전원공급부(110) 사이의 레이저용 스위치를 온, 오프시킴으로써 레이저용 작동전원을 공급 또는 차단시키는 레이저전원 제어회로를 갖는다.

입력부(150, 345)는 키패드, 버튼, 토글스위치, 조이스틱, 키보드, 그래픽유저인터페이스, 또는 이들에 준하는 등가물 장치를 포함한 일반적인 사용자 입력 장치 중 어느 하나에 연결된 주제어부(200) 또는 온 모듈 컴퓨터(340)의 인터페이스장치이다.

온 모듈 컴퓨터(340)의 영상처리부(346)는 케이블 및 통신부(343)을 통해 연결된 카메라모듈(310)로부터 전달되는 카메라모듈(310)의 영상데이터나, 중앙처리장치(342)의 작동 상태값, 검사 결과값, 계측값 등을 디스플레이부(347)에서 표시하기 위한 그래픽메모리, 그래픽프로세서 등을 갖는 통상적인 그래픽 칩셋 구성을 갖는다.

물론, 영상처리부(346)는 디스플레이부(347)가 터치스크린 내지 그의 등가물로서 구성될 경우, 터치 스크린에 대응한 통상적인 터치스크린용 소프트웨어 및 하드웨어를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같은 영상처리부(346)의 구성 및 작동은 주제어부(200)의 영상처리부(160)에서도 동일하게 구성될 수 있다.

한편, 온 모튤 컴퓨터(340)의 카메라제어부(349)는 통신부(343)을 통해서 카메라모듈(310)의 전반적인 작동(예 : 노출, 초점 등)을 제어할 수 있도록 되어 있다.

온 모듈 컴퓨터(340)에서 그의 통신부(343)의 출력포트는 RS-232C용 케이블을 통해 주제어부(200)의 통신부(130)에 접속되어 있고, 그의 통신부(343)의 입력포트는 소정 규격의 케이블을 통해서 센서모듈부(300)의 카메라모듈(310)에 연결되어 있다.

카메라모듈(310)은 일반적인 시시디 카메라, 에어리어스캔 시시디(CCD) 카메라와 같이 해당 통신 규격을 만족하는 정밀 촬영소자 또는 촬상소자인 것이 바람직하다.

카메라모듈(310)에는 레이저 띠를 명확하게 찾을 수 있는 필터(311)(예 : 밴드패스필터)가 결합되어 있다.

레이저모듈(320)은 그의 접속단자(323)를 통해서, 그리고 조명모듈(330)도 해당 전속단자를 통해서 주제어부(200)의 스위치부(140)에서 각각 인출된 출력단자용 연결전선에 각각 접속되어 있다.

본 발명에서는 카메라모듈(310)의 필터(311)와, 레이저모듈(320) 및 조명모듈(330)은 동일하거나 대등한 파장대역을 갖는다.

예컨대, 파장대역을 기준으로 살펴보면, 카메라모듈(310)의 수광부위에 설치된 필터(311)는 도 2에 도시된 바와 같은 파장대역을 지시하는 그래프를 통해 쉽게 이해되듯이, 중심파장(Center Wave Length, CWL) 660 나노미터(nm)와, 최소 첨두 투과율(min. peak trans.) 50(%T)와, 반치 전폭(Full Width at Half Maximum, FWHM) 10nm과 같은 세부 스펙을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 레이저모듈(320)은 파장대역 658±7nm이되, 레이저모듈(320)의 내부에 설치된 레이저다이오드(Laser Diode, LD) 회로(321)의 최대 파워가 35 미리와트(mW)를 갖고, 적색 레이저로 구성되어 있다.

레이저모듈(320)에서 레이저광이 출력되는 끝단에는 실린더리컬 렌즈(322)가 장착되어서, 원 레이저광의 스폿 형상이 선명한 레이저 띠 형상으로 변환 출력되도록 되어 있다.

또한, 조명모듈(330)은 근적외선 LED 조명을 의미하는 것으로서, 본 발명의 실시예(100)에서 복수개의 적색 엘이디(Light Emitting Diode, LED)를 가로 방향으로 배열하여 사각형 바(bar) 형상을 갖고 있고, 전방 표면에서 조명빛이 조사되도록 되어 있되, 이때 조명모듈(330)의 출력값은 근적외선 파장대역 660±10nm인 것이 바람직하다.

만일, 본 발명의 실시예(100)에서 레이저모듈(320)에 관해서 적색 레이저를 사용하지 않고, 적색 레이저의 등가물에 해당하는 녹색 레이저를 사용하는 경우, 녹색 레이저의 파장대역에 맞춰, 조명모듈(330)과 필터(311)의 파장대역(또는 중심파장)을 상호 일치시켜 사용하는 것이 가능하다.

도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 카메라모듈(310), 레이저모듈(320), 조명모듈(330)은 분해 조립이 가능하게 하부케이싱(350)과 커버(360)로 구성된 센서모듈부(300)의 내, 외부에 장착되어 있는 것이 바람직하다.

하부케이싱(350)과 커버(360)의 구성은 본 발명으로 하여금 분해 조립도 용이하게 하지만, 설치 및 장착도 용이하게 해준다.

하부케이싱(350)은 알루미늄합금 등의 고강성 금속 재질로 제작된 것으로서, 외부로부터 전달 가능한 진동 및 하중을 차단함으로써, 센서모듈부(300)로 하여금 뛰어난 내구성을 갖도록 해준다.

하부케이싱(350)은 부메랑과 같이 'V'자 형상을 갖고 있고, 그의 상면과 일측면이 개구되어 있다.

하부케이싱(350)의 개구된 상면은 커버(360)가 복수개의 고정볼트에 의해 탈부착 가능하게 덮여진다.

하부케이싱(350)의 개구된 일측면에는 복수개의 고정볼트에 의해 베젤(351)(bezel)이 고정되어 있다. 베젤(351)은 스테인레스 플레이트를 판금가공하여 제작 성형한 것으로서, 구조적 강성, 내구성, 내부식성, 내열성능 등이 뛰어난 특징을 갖는다.

이런 베젤(351)에는 베젤(351)의 개구된 구멍을 밀폐하도록 투과창(352)이 결합되어 있다.

여기서, 투과창(352)은 높은 광학 투과율을 갖는 투명 소재로 제작된 판부재로서, 오손, 훼손, 유지보수 시 교체를 위해 복수개의 고정볼트를 이용하여 베젤(351)에서 탈부착이 가능하게 되어 있다.

탈부착 및 볼트결합을 위한 복수개의 볼트구멍은, 하부케이싱(350)과 커버(360)가 겹치는 곳에 해당하는 하부케이싱(350)의 테두리벽의 상면, 커버(360)의 테두리부위, 베젤(351)이 하부케이싱(350)의 개구된 일측면 주위부위과 겹치는 곳, 투과창(352)과 베젤(351)이 겹치는 곳에 각각 형성되어 있다.

카메라모듈(310)은 투과창(352)을 기준으로 비스듬한 각도를 유지하게 하부 케이싱(350)의 일측 내부 바닥면에 배치된 후, 복수개의 고정볼트 등을 이용하여 탈부착 가능하게 고정되어 있다.

레이저모듈(320)은 투과창(352)을 기준으로 수직하게 하부케이싱(350)의 타측 내부 바닥면에 배치된 후, 역시 복수개의 고정볼트 등을 이용하여 탈부착 가능하게 고정되어 있다.

특히, 레이저모듈(320)은 레이저케이싱을 하부케이싱(350)의 내부 바닥면에 고정시키도록 '

'자 브래킷(324)을 사용한다.

'

'자 브래킷(324)의 측벽은 레이저케이싱의 측면에 면접촉하여 해당 고정볼트로 체결되고, '

'자 브래킷(324)의 바닥부위는 레이저케이싱의 바닥지지판(325)과 적층된다.

이런 적층 상태에서 복수개의 고정볼트는 브래킷(324)의 바닥부위와, 레이저케이싱의 바닥지지판(325)의 상호 일치된 볼트관통구멍을 관통한 후, 하부케이싱(350)의 내부 바닥면에 형성된 고정구멍에 나사 결합된다.

또한, 센서모듈부(300)가 소정의 사용처에서 미리 준비된 설치위치에 설치 및 고정되도록, 하부케이싱(350)의 내부 바닥면에는 복수개의 설치구멍(353)이 더 형성되어 있는 것이 바람직하다.

하부케이싱(350)의 테두리벽에는 앞서 설명한 온 모듈 컴퓨터에서 연장된 케이블 또는 접속단자(313)가 관통하여 카메라모듈(310)에 연결되기 위한 케이블 관통구멍(354)과, 주제어부에서 연장된 연결전선 또는 접속단자(323)이 관통하여 레이저모듈(320)에 연결되기 위한 전선 관통구멍(355)이 더 형성되어 있는 것이 바람 직하다.

조명모듈(330)은 커버(360)에 설치된다. 예컨대, 커버(360)의 일측 변의 상부에는 복수개의 조명설치용 복수개의 구멍이 형성되어 있고, 그러한 조명설치용 구멍에는 적어도 한 개의 틸트기구물(370)의 하부가 고정된다.

틸트기구물(370)의 상부에는 조명모듈(330)이 틸트(t) 가능하게 결합되어 있고, 이를 설명하기 위해 도 5a와 도 5b를 참조한다.

도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 틸트기구물(370)은 그의 하부에 해당하고 커버(360)의 일측 변부위에서 복수개의 볼트로 고정되는 기저판(371)과; 이런 기저판(371)의 일측 끝단에 배치되어 상향으로 돌출된 부위의 힌지구멍에서 조명모듈(330)의 힌지핀(331)을 회전 가능하게 결합시키고 있는 힌지 브래킷(372)과; 이런 힌지 브래킷(372)의 반대쪽에 위치한 기저판(371)의 타측 끝단에서 상향으로 돌출된 너트 브래킷(371)과; 기저판(371)의 상면 중에서 너트 브래킷(371)과 힌지 브래킷(372)의 사이에 배치된 가이드레일(374)과; 이런 가이드레일(374)에서 슬라이딩 가능하게 결합된 슬라이딩블록(375)과; 이런 슬라이딩블록(375)의 일측면에서 회전 가능하게 결합된 일측 끝단, 이런 일측 끝단에 배치되어 축방향으로 연장된 나사체, 이런 나사체의 타측 끝단에 형성된 나사조임레버를 구비하여 상기 나사체를 너트 브래킷(371)의 너트구멍에 나사결합시키고 있는 조임축(376)을 포함하고, 상기 센서모듈부(300)를 기준으로 상기 조명모듈(330)을 틸트(t)시키도록, 슬라이딩블록(375)의 상부에 형성된 장공(337)에 상기 조명모듈(330)의 작동돌기(332)가 체결되어 있는 구성을 갖는다.

작동돌기(332)와 힌지핀(331)은 높이 방향을 기준으로 서로 편심 배치되어 있어서, 조임축(376)의 전진 또는 후진에 따라 조명모듈(330)의 회동을 발생시킬 수 있다.

여기서, 슬라이딩블록(375)의 장공(337)이 형성된 상부는 조임축(376) 쪽으로 약간 기울어진 직사각형 판부재 형상을 갖는 것이 바람직하다.

틸트기구물(370)의 조작에 있어서, 사용자 또는 도시되어 있지 않는 모터 등이 조임축(376)을 회전(r)시킬 경우 조임축(376)의 축방향으로 전진 또는 후진하는 직선왕복운동(s)이 일어나고, 직선왕복운동(s)의 스트로크 거리에 대응하게 조명모듈(330)의 작동돌기(332)가 슬라이딩블록(375)의 장공(337)을 따라 슬라이딩함에 따라, 조명모듈(330)이 유한한 원호각도 범위 내에서 틸트(t)가 되게 된다.

조명모듈(330)의 틸트(t) 방향은 틸트기구물(370)의 설치 방향에 따라 다양하게 조절될 수 있으므로, 본 발명의 설명으로 한정되지 않는다.

틸트기구물(370)의 나사조임레버가 섬세하게 회전(r)될 때, 조명모듈(330)의 틸트 각도가 0°∼ 90°범위 내에서 섬세하게 조절된다.

이런 조명모듈(330)은 카메라모듈에 장착된 필터 및 레이저모듈 각각의 파장대역과 일치, 또는 매우 유사 내지 대등한 파장대역을 갖는 조명빛(예 : LED에서 발광된 근적외선 불빛)을 발광시킴과 함께, 조명모듈(330)의 조명빛의 조사 방향(b) 또는 조사 각도가 검사 또는 계측하려는 작업대상물을 향하도록 정밀하게 조정됨에 따라서, 본 발명으로 하여금 상대적으로 더욱 선명한 검사 및 계측부위의 영상 획득을 가능케 해준다.

즉, 이에 따라, 조명모듈(330)은 본 발명의 실시예로 하여금 2차원 검사시 더욱 선명한 영상 데이터를 획득할 수 있도록 해준다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예(100)에 따른 센서모듈부(300)는 소정의 사용처, 예컨대 파이프(10)를 배열하는 파이프 배열 및 용접 로봇(20)의 설치위치(예 : 회전유니트)에 고정된다. 이때, 센서모듈부(300)는 파이프 배열 및 용접 로봇(20)의 회전유니트(21)의 지름을 기준으로 법선방향을 따라 설치되는 것이 바람직하다.

이후, 파이프 배열 및 용접 로봇(20)의 회전유니트(21)가 검사 및 계측을 위해서 유한한 회전각도 범위 내에서 회전할 때, 센서모듈부(300)은 회전유니트(21)에 의해 회동되면서 검사를 수행하게 된다.

이때, 센서모듈부(300)의 레이저모듈은 선명한 레이저 띠를 파이프(10)의 해당 계측 및 검사부위에 조사한다.

3차원 계측의 경우에 있어서, 센서모듈부(300)의 조명모듈은 오프 상태이고, 카메라모듈은 온 상태이다.

이런 경우, 조명모듈이 작동하지 않기 때문에 레이저빔을 제외한 다른 화상 또는 영상 정보가 필터에서 필터링 된다.

이에 따라 선명한 레이저 띠에 관한 3차원 계측용 영상 정보만이 센서모듈부(300)의 카메라모듈, 케이블을 통해서 온 모듈 컴퓨터(340)측으로 입력된다.

도 7에 보이듯이, 백 비드는 검정 배경에 거의 보이지 않지만 세로 방향을 따라 흐린 형상을 갖고 있는 반면, 가로 방향을 따라 선명한 레이저빔의 띠 형상이 백 비드에서 굴곡을 이루고 있다. 굴곡된 부위를 기준으로 한 영상 정보는 3차원 계측에 이용된다.

온 모듈 컴퓨터(340) 는 굴곡된 부위를 갖는 3차원 계측용 영상 정보를 입력 받은 후, 미리 정해진 계측에 관한 레이저 비전 시스템의 영상 처리 알고리즘을 수행하여 계측 결과를 발생시키고, 그 계측 결과(예 : 화상 또는 영상 정보 등)를 디스플레이부에 표시한다.

한편, 도 8에 보이듯이, 2차원 검사의 경우에 있어서, 센서모듈부(300)의 레이저모듈은 오프 상태이고, 조명모듈은 온 상태이다.

이런 경우, 조명모듈의 파장대역이 카메라모듈의 파장대역과 일치되어 있기 때문에, 필터에서 필터링이 일어나지 않게 되어 선명한 백 비드를 비롯한 파이프 용접 부위에 관한 화상을 담은 2차원 검사용 영상 정보가 카메라모듈, 케이블을 통해서 온 모듈 컴퓨터(340)측으로 입력된다.

온 모듈 컴퓨터(340)는 2차원 검사용 영상 정보를 기준으로 미리 정해진 검사에 관한 레이저 비전 시스템의 영상 처리 알고리즘을 수행하고, 역시 검사 결과 영상을 디스플레이부에 표시한다.

상기와 같은 본 발명에 의한 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비는 3차원 계측을 위하여 레이저모듈과 필터 및 조명모듈의 파장대역을 상호 일치시킴에 따라서, 한 대의 카메라모듈만을 사용하는 콤팩트한 구성의 센서모듈부를 갖고, 이를 통해 검사 및 계측부위의 2차원 검사와 3차원 계측 및 검사를 모두 수행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비는 센서모듈부에서 투과창을 탈부착 형식으로 조립시키고 있음에 따라, 투과창의 훼손 또는 오손이 발생될 때 용이하게 교체가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비는 조명모듈과 커버의 사이에 틸트기구물을 구비시켜서 조명모듈의 조사 각도를 용이하게 변경 조작하여, 더욱 선명한 영상 데이터의 획득과 검사가 가능한 장점이 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비에서 센서모듈부는 콤팩트한 사이즈의 하부케이싱과 커버를 구조재로 사용하여 레이저모듈과 카메라모듈을 안전하게 보호할 수 있고, 설치 및 장착이 용이하며, 협소한 공간에도 설치될 수 있으므로 정밀하고 복잡하며 설치 공간의 레이아웃이 까다로운 정밀 장치, 예컨대 파이프를 배열하는 파이프 배열 및 용접 로봇 또는 장치 등에 설치될 수 있으므로, 해당 로봇 또는 장치의 경량화 및 소형화에 기여할 수 있는 부가적인 장점이 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims

온(ON)신호, 오프(OFF)신호를 포함한 제어 신호 처리를 위한 주제어부와;

상기 주제어부와 연동하여 영상정보를 이용한 검사 및 계측을 수행하는 온 모듈 컴퓨터와;

상기 주제어부에 연결되어서 적어도 상기 제어 신호를 입력받고, 상기 온 모듈 컴퓨터에 연결되어서 검사 또는 계측하려는 작업대상물를 바라보도록 대향적으로 설치된 센서모듈부를 포함하되,

상기 센서모듈부에서 조명모듈의 파장대역과 레이저모듈의 파장대역 및 카메라모듈에 장착된 필터의 파장대역을 상호 일치시킨 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제1항에 있어서,

상기 필터는 중심파장 660 나노미터(nm)와, 최소 첨두 투과율 50(%T)와, 반치 전폭 10nm를 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제1항에 있어서,

상기 레이저모듈은 파장대역 658±7nm을 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제1항에 있어서,

상기 조명모듈은 근적외선 LED 조명으로서 근적외선 파장대역 660±10nm를 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제1항에 있어서,

상기 주제어부와 상기 카메라모듈의 사이에는 영상 신호 처리를 위한 온 모듈 컴퓨터가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제1항에 있어서,

상기 주제어부의 중앙처리장치는 조명 제어 알고리즘에 상응한 2차원 검사를 위해서 상기 조명모듈을 켜는데 필요한 제1온신호와, 조명 제어 알고리즘에 상응한 3차원 계측을 위해서 상기 조명모듈을 끄는데 필요한 제1오프신호 중 어느 하나를 선택적으로 스위치부쪽으로 전달하는 조명 구동 회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제1항에 있어서,

상기 센서모듈부는 'V'자 형상의 하부케이싱과;

상기 하부케이싱으로부터 분해 조립이 가능하게 결합된 커버를 포함하고, 상기 조명모듈을 틸트시키도록 틸트기구물을 더 구비한 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제7항에 있어서,

상기 하부케이싱의 개구된 일측면에는 복수개의 고정볼트에 의해 베젤이 고정되어 있고, 상기 베젤의 개구된 구멍의 주위로 투과창이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.
제7항에 있어서,

상기 틸트기구물은 상기 커버의 일측 변부위에서 복수개의 볼트로 고정되는 기저판과; 상기 기저판의 일측 끝단에 배치되어 상향으로 돌출된 부위의 힌지구멍에서 상기 조명모듈의 힌지핀을 회전 가능하게 결합시키고 있는 힌지 브래킷과; 상기 힌지 브래킷의 반대쪽에 위치한 상기 기저판의 타측 끝단에서 상향으로 돌출된 너트 브래킷과; 상기 기저판의 상면 중에서 상기 너트 브래킷과 상기 힌지 브래킷의 사이에 배치된 가이드레일과; 상기 가이드레일에서 슬라이딩 가능하게 결합된 슬라이딩블록과; 상기 슬라이딩블록의 일측면에서 회전 가능하게 결합된 일측 끝단, 상기 일측 끝단에서 축방향으로 연장된 나사체, 상기 나사체의 타측 끝단에 형성된 나사조임레버를 구비하여 상기 나사체를 상기 너트 브래킷의 너트구멍에 나사결합시키고 있는 조임축을 포함하고, 상기 센서모듈부를 기준으로 상기 조명모듈을 틸트시키도록, 상기 슬라이딩블록의 상부에 형성된 장공에 상기 조명모듈의 작동돌기가 체결된 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 통합 계측검사장비.