KR100796257B1 - 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치 - Google Patents

스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접부로부터 일정 범위(예를 들어, 약 1m 범위)의 초기 용접 불량현상을 검출하고 감시할 수 있는 소프트웨어 및 처리공정 알고리즘을 제시하며, 또한 미소 용접결함검출을 할 수 있도록 하고, 아울러 작업장 내부의 조명에 영향을 받지 않도록 차광막을 설치하여 정밀한 불량 지점을 검출할 수 있도록 구성한 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치를 제시한다.
스테인리스파이프, 용접, 불량, CCD 카메라, LED 램프,

Description

스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치{Device for preventing welding fault}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비전 시스템을 이용한 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치의 구성을 보여주고 있는 개략도.
도 2는 도 1에서 도시하고 있는 용접불량 감시장치의 특징 부분을 보여주고 있는 블록도.
도 3a 및 도 3b는 도 2에서 도시하고 있는 용접불량 감시장치의 동작상태를 보여주고 있는 흐름도.
도 4는 도 2에서 도시하고 있는 용접불량 감시장치의 모니터상에 나타난 스테인리스 파이프의 용접불량 상태를 보여주고 있는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 비전 시스템 12: 경보발생부
14: 용접시스템제어부 16: 디지털 입출력부
18: 모니터 20: 컴퓨터 및 영상처리부
22: CCD 카메라 24: LED 전원공급부
26: LED 램프 28: 플레이트
30: 차광막 32: 용접파이프 출구
100: 용접불량 감시장치
본 발명은 스테인리스 파이프의 생산공정 플랜트에 사용되는 용접불량 감시 비전(vision) 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조명 및 CCD 카메라를 이용하여 초기의 용접불량 현상을 검출하여 스테인리스 파이프의 용접상태를 항상 실시간으로 감시할 수 있는 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 스테인리스 파이프는 롤상으로 감겨져 있는 띠상의 스테인리스 판재를 연속적으로 인출시키면서 단면이 원형을 이루도록 말아주는 다수의 롤러들이 설치되어 있는 롤러성형장치에 의하여 제조되고 있다. 또한 상기 롤러성형장치에는 판재가 원형으로 말리면서 양단이 서로 맞닿은 부분을 알곤 용접으로 용접하는 용접장치와 연속적으로 제조되는 파이프를 일정길이로 절단하는 절단장치를 포함하고 있다.
이와 같이 롤러성형장치에서 제조되는 스테인리스 파이프는 성형 후 용접을 하는 자동용접공정에서 용접장치와 토치의 분위기 및 기타 등의 원인에 의하여 용접 불량이 발생한다. 이러한 용접불량 상태가 지속되면 생산되는 스테인리스 파이프의 일부를 절단해야만 하는 손실이 발생하고, 또한 작업자가 생산기계를 계속 순 회하면서 용접불량 현상을 수동적으로 감시해야 하는 어려움이 있었다. 뿐만 아니라 스테인리스 파이프의 용접 표면을 비전(vision) 시스템을 이용하여 불량을 검사하는 데는 조명의 반사 때문에 용접불량을 검사하기가 매우 어려운 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 스테인리스 파이프의 용접불량 현상을 감소시키고, 작업환경을 개선할 뿐만 아니라 생산 능률을 최대한 증대시킬 수 있는 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 용접불량이 발생되는 시점의 스테인리스 파이프의 상태에서 작은 검은 부분의 점을 검출하여 용접불량 상태를 검출할 수 있도록 구성한 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 작업자가 용접 생산 라인을 계속해서 순회하면서 용접불량현상을 수동적을 감시하는 어려움을 개선시킬 수 있는 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치를 제공함에 있다.
상기한 바를 달성하기 위한 견지에 있어, 본 발명은 용접부로부터 일정 범위(예를 들어, 약 1m 범위)의 초기 용접 불량현상을 검출하고 감시할 수 있는 소프트웨어 및 처리공정 알고리즘을 제시하며, 또한 미소 용접결함검출을 할 수 있도록 하고, 아울러 작업장 내부의 조명에 영향을 받지 않도록 차광막을 설치하여 정밀한 불량 지점을 검출할 수 있도록 구성한 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치를 구현하고자 한다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.
본 발명에서는 조명 및 CCD 카메라를 이용한 비전(vision) 시스템을 이용하여 스테인리스 파이프의 용접시 초기의 용접불량 현상을 실시간으로 감시할 수 있는 장치를 구현하고자 한다. 구체적으로는, 스테인리스 파이프를 분당 약 4m의 용접을 하는 자동용접공정에서 초기의 용접불량이 발생하는 지점에서 1~2m 범위에 비전 불량감시장치를 설치하여 초기의 용접불량 현상을 검사하도록 하는 기술적 구성을 제시한다. 이때, 불량범위는 본 발명의 감시장치에서 5~50mm의 직경을 갖는 스테인리스 파이프의 제조공정의 초기 불량을 감시하는 정밀도를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 용접불량 감시장치는 1) 스테인리스 파이프의 자동 용접이 진행하는 과정에서 용접불량의 초기현상을 검출하여 작업자에게 용접불량 현상을 알리며, 2) 용접장치의 조절을 통하여 용접불량을 미연에 방지하여 생산성을 높일 수 있도록 하고, 3) 작업자가 생산기계를 계속해서 순회하면서 용접 불량현상을 수동적으로 감시하는 어려움을 개선시킬 수 있도록 하는 기술적 특징이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비전 시스템을 이용한 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치의 구성을 보여주고 있는 도면이다. 본 발명의 용접불량 감시장치(100)는 비전 시스템(vision system: 10), 경보발생부(12), 크랙발생시 용접시스템 제어부(14), 디지털 입출력부(16), 모니터(18), 컴퓨터 및 영상처리부(20), 영상입력용 CCD 카메라(22), 및 조명장치, 그리고 위치 및 초점조절용 LM가이드와 더버 테일 스테이지(dovertail stage)로 구성된다.
또한 상기 CCD 카메라(22)의 하단부에는 외부의 광원을 차단할 수 있도록 차광막(30)을 설치하고, 조명장치로는 1W~3W/350mA의 고휘도 LED 램프(26)를 사용하고 외부에서 전압을 제어하여 광속을 제어하도록 구성된다. 그리고 조명은 CCD 카메라(22)의 ML-5018 렌즈 조리개에 의하여 밝기 조절할 수 있도록 구성한다.
상기 도 1,2를 참조하면, 비전 시스템(10)은 통상적인 스테인리스 파이프 제조장치에 설치되며, 구체적으로는 성형 수단, 용접 및 조절 수단, 진원성형 수단 및 연마공정 수단 등으로 이루어진 제조장치에 설치된다. 즉, 상시 비전 시스템(10)은 용접 및 조정 수단과 진원성형 수단 사이에 설치되며, 용접이 완료된 스테인리스 파이프의 표면에 용접 불량이 있는지를 검출하는 장치이다. 이러한 비전 시스템(10)은 경보발생부(12), 용접시스템제어부(14), 디지털 입출력부(16), 및 모니터(18), 컴퓨터 및 영상처리부(20)로 구성된다.
상기 컴퓨터 및 영상처리부(20)는 용접이 이루어진 스테인리스 파이프의 표면에 용접 불량이 발생되었다는 것을 CCD 카메라(22)로부터 전송받아 이를 모니 터(18)에 출력한다. 상기 모니터(18)는 도 4에 도시한 바와 같이 좌측의 윈도우에는 스테인리스 파이프의 용접 불량상태가 도형으로 나타나고 오른쪽 윈도우에는 메시지 및 각종 데이터가 수치 등으로 나타난다.
디지털 입출력부(16)는 상기 컴퓨터 및 영상처리부(20)로부터 데이터(즉, 스테인리스 파이프의 표면에 용접 불량이 검출되었다는 신호)를 전송받아 이를 디지털 신호(즉, 경보신호)로 변환시켜 경보발생부(12)로 출력한다. 상기 경보발생부(12)는 경보신호를 입력받아 경보음을 발생하고 경보램프를 점등시킨다. 이때 상기 경보발생부(12)에는 경보기를 오프시키는 버튼과 경보램프를 점멸하는 회로를 첨가하여 작업자가 쉽게 스테인리스 파이프의 용접 불량상태를 감시할 수 있도록 구성할 수 있다.
그리고 용접시스템제어부(14)는 상기 디지털 입출력부(16)에서 출력되는 디지털신호 중에서 용접 불량 상태가 설정된 값보다 이상일 때 발생하는 디지털 신호(예를 들어, 스테인리스 파이프의 표면에 크랙이 발생했을 때 전송되는 디지털 신호)를 받아들여 도 1에 도시한 용접 및 조절 수단을 중지시켜 용접작업을 중단시키는 역할을 한다.
또한, CCD 카메라(22)는 저면에 C-마운터 렌즈가 장착된 흑백 비디오 카메라(video camera)를 사용하며, 접사를 위하여 20~30mm의 접사 링을 사용하여 스테인리스 파이프의 용접불량 마크(지점)를 측정한다. 이때 상기 CCD 카메라(22)의 진동 저항은 10G(20Hz-200Hz)이다.
상기 LED 램프(26)는 고휘도 백색 LED 1~3W를 이용하여 전압의 변화에 의하 여 광도를 조절할 수 있도록 하였으며, 일반적인 관형 램프 또는 조명등보다 수명 및 사용이 편리하고, 사용전압은 DC 24V를 이용하고 안정 저항을 통하여 전원이 공급된다. 상기 LED 램프(26)의 저면에는 반투명 재질(바람직하게는, 우유빛 색상의 유리)의 플레이트(28)가 설치되며, 상기 플레이트(28)는 LED 램프(26)에서 발산하는 조명을 확산시키는 역할을 한다. LED 전원공급부(24)는 상기 LED 램프(26)에 전원을 공급한다.
한편, 전술한 CCD 카메라(22)의 하단부에 설치된, 구체적으로는 CCD 카메라(22)의 렌즈를 외부와 차단시키도록 설치된 차광막(30)은 위에서 언급한 바와 같이 외부의 광원을 차단하고 LED 램프(26)에서 조사되는 광원이 외부로 빠져나가는 것을 방지한다. 이때 상기 CCD 카메라(22)의 본체는 외부로 돌출되어 있고 렌즈만이 차광막(30)의 내부에 설치되어 있다. 또한 상기 차광막(30)의 하측 중앙에는 용접이 완료된 스테인리스 파이프가 통과하기 위한 출구(32)가 형성되고, 상기 출구(32)는 스테인리스 파이프의 직경에 따라 가변성을 가지는 구조로 되어 있다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 용접불량 감시장치의 동작상태를 도 3a,b 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 도 3a에 도시한 바와 같이, 100단계에서 비전 시스템(10)을 포함한 모든 구성요소들을 초기화시킨 다음, 102단계에서 스테인리스 파이프의 표면에 용접 불량상태가 있는지를 검사한다. 이때 상기 비젼 시스템(10)에는 영상 윈도우와 크랙 thresholds가 설정되어 있고, 또한 연속 불량 크랙수와 시간이 입력되어 있다. 예를 들어, 용접이 이루어진 스테인리스 파이프의 표면에 5초 동안에 20개의 점이 표시되었을 때 용접 불량상태라고 설정하게 되면, "20"은 불량 크랙수에 해당되고 "5초"는 시간에 해당된다.
이와 같이 설정되어진 후, 상기 102단계에서 검사를 계속해서 시작하게 되면 모니터(18) 상에는 도 4에 도시한 바와 같이 영상입력처리, 세로 히스토그램처리 및 가로 히스토그램처리, 그리고 불량판단루틴처리가 실시간으로 나타난다.
이후, 108단계에서 스테인리스 파이프의 표면에 크랙이 발생하였는지를 판단한다. 상기 108단계에서 용접 불량현상이 발생되었다고 판단되면, 112단계에서 104단계에서 설정된 시간 내에 '연속 불량 크랙수'와 동일한지를 판단한다. 상기 112단계에서 설정된 불량수와 동일하다고 판단되면, 도 3b에 도시한 바와 같이 114단계에서 경부발생부(12)를 통해 램프를 점등하고 경보음을 발생시키고 이와 동시에 모니터(18)에 용접불량상태를 화면으로 표시한다.
만약, 상기 108단계에서 크랙불량이 발생하지 않았다고 판단되면 계속해서 검사를 시작하게 된다. 또한 상기 112단계에서 설정 불량수와 다르다고 판단되면, 110단계에서 설정된 시간 후에 측정 불량수를 삭제한다.
다음, 상기 114단계를 수행한 후, 116단계에서 모니터(18) 상에 표시되어 있는 가로 및 세로 Threshold가 설정치보다 큰가를 판단하여, 설정치보다 크다고 판단되면, 118단계에서 용접시스템제어부(14)를 통해 용접 및 조관시스템을 정지하고 경보음을 출력한다. 이때 상기 116단계에서 설정치보다 작다고 판단되면, 전술한 검사를 계속해서 진행하게 된다.
끝으로, 상기 118단계를 진행한 후, 120단계에서 리셋트 키이(reset key)를 입력하여 초기화시킨 다음, 도 3a에 도시한 순서를 다시 진행하게 된다.(즉, 스테인리스 파이프의 불량상태를 계속해서 검사하게 된다.)
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 용접 불량률을 최소화시켜 스테인리스 파이프의 생산성을 높일 수 있으며, 또한 작업자가 용접 생산 라인을 계속해서 순회하면서 용접 불량현상을 수동적으로 감시하는 어려움을 해소하는 등의 작업환경을 개선하고, 이와 같은 효과를 통하여 잉여인력을 다른 작업공정에 배치할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 성형 수단, 용접 및 조절 수단, 진원성형 수단, 연마 수단 등으로 이루어진 스테인리스 파이프 제조장치에 설치되며, 상기 스테인리스 파이프의 용접 불량상태를 감시하는 장치에 있어서,
    상기 용접 및 조절 수단에 의해 용접이 이루어진 스테인리스 파이프의 표면에 용접 불량이 발생되었다는 것을 CCD 카메라(22)로부터 전송받아 이를 모니터(18)에 출력하는 컴퓨터 및 영상처리부(20)와;
    상기 컴퓨터 및 영상처리부(20)로부터 스테인리스 파이프의 표면에 용접 불량현상이 검출되었다는 신호를 전송받아 이를 디지털 신호로 변환시키는 디지털 입출력부(16)와;
    상기 디지털 입출력부(16)로부터 디지털 신호를 입력받아 경보음을 발생하고 경보램프를 점동시키는 경보발생부(12)와;
    상기 디지털 입출력부(16)에서 출력되는 디지털신호 중에서 용접 불량 상태가 설정된 값보다 이상일 때의 디지털 신호를 받아들여 상기 용접 및 조절 수단의 구동을 중단시키는 용접시스템제어부(14)와;
    상기 스테인리스 파이프의 용접 불량상태를 실시간으로 감지하여 상기 컴퓨터 및 영상처리부(20)로 전송하는 CCD 카메라(22)와;
    상기 CCD 카메라(22)의 렌즈가 내부에 설치된 차광막(30)에 광원을 조사하는 LED 램프(26)와;
    상기 LED 램프(26)의 저면에 설치되어 상기 광원을 확산시키는 반투명 재질의 플레이트(28)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트(28)는 우유빛 색상의 유리 재질로 형성됨을 특징으로 하는 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LED 램프(26)는 고휘도 백색 램프임을 특징으로 하는 스테인리스 파이프의 용접불량 감시장치.
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