KR100916340B1 - 영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 처리 기술을 이용하여 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치에 관한 것으로, 선 형태의 레이저 빔을 발포중인 대상물에 조사하고 이를 판독하여 강판 이송 장치의 속도를 자동으로 제어해줌으로써 작업자의 육안에 의지하여 수작업으로 이뤄졌던 종래의 이송 장치의 속도 제어 조작을 탈피하여 자동으로 발포제의 두께를 일정하게 유지시키며 발포 공정이 진행될 수 있도록 이송 장치의 속도를 제어해주는 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 다른 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치는 선 형태의 빔을 대상물의 경사면 조사하는 레이저 장치, 대상물의 경사면에 조사되어 맺힌 선형빔의 영상을 촬영하기 위한 카메라, 카메라로부터 실시간으로 입력받는 위치 정보를 판독하여, 판독된 결과치에 대응하는 강판 이송 장치의 제어 속도를 산출하여, 이에 따른 전기적 제어 신호를 출력하는 영상 판독부 및 강판의 이송 속도를 조절하는 속도 제어부를 포함하도록 구성되어 있다.

레이저, 패널, 자동 두께 조절

Description

영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치{APPARATUS FOR AUTOMATICALLY ADJUSTING THE THICKNESS OF THE CONSTRUCTION PANEL USING IMAGE PROCESSING}

본 발명은 영상 처리 기술을 이용하여 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리우레탄 원액을 상측 강판과 하측 강판 사이에 주입한 후 발포시킴으로써 제작되는 건축 자재 패널 생산 공정에 있어서, 레이저 광원부에서 출사되는 광선을 선형빔으로 변환시켜 작업 대상물에 조사하고, 상기 대상물에 맺힌 선형빔의 위치 정보를 카메라를 통하여 취득하고, 입력된 상기 위치 정보를 중앙 처리 장치에 저장된 기준선의 위치값과 비교한 후, 그 차이값에 따라 공정 장치의 속도를 자동으로 조절함으로써 발포되는 상기 폴리우레탄의 두께를 일정하게 유지할 수 있는 자동 조절 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건축물 벽면에 사용되는 건축 자재 패널은 단열, 방음, 완충 등의 효과를 위하여 패널의 상측 강판과 하측 강판 사이에 발포제가 삽입된다.

도 1 은 건축 자재 패널의 종래 생산 공정을 대략적으로 도시한 도면이다. 도 1 을 참조하여 상기 발포제 형성 공정을 살펴보면, 패널의 상측 강판(10)과 하측 강판(20)은 강판 이송 장치(30, 40)로부터 공급되고, 하측 강판(20)의 경우 발포의 균일화를 위한 예열 공정을 거친 후 하측 강판(20)에 경질 폴리우레탄 원액(50)이 주입된다.

주입된 상기 폴리우레탄 원액(50)은 강판 가열을 통한 발포 공정을 거치며 적정한 두께로 발포한 후 상기 상측 강판(10)과 접합된다. 상측 강판(10)과 하측 강판(20) 사이에서 발포된 폴리우레탄 원액(50)은 완전한 폴리우레탄 발포제를 형성하기 위하여 경화 공정을 거친 후 원하는 크기로 절단됨으로써 건축 자재 패널의 생산 공정이 완료된다.

상기 공정에 있어, 패널의 품질보증을 위하여는 상기 폴리우레탄 원액이 일정한 두께를 유지하며 발포되는 것이 가장 중요하며, 상기 폴리우레탄 원액의 발포 두께를 결정하는 주요 인자는 가열중인 강판의 이동속도이다.

종래에는 균일한 두께의 발포제 형성을 위하여, 작업자가 직접 육안으로 발포되는 두께를 확인해 가며 수작업으로 강판의 이동 속도를 조절함으로써 균일한 두께 유지를 위한 발포 공정이 이루어졌다.

그러나 상기와 같은 수작업을 통한 발포제 두께 조절은 상기 폴리우레탄 원액의 주입 및 발포 공정에서 발생하는 유독성 가스로 인하여 작업자의 후각 기능에 큰 손상을 입히는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 작업자의 시각을 대체하기 위한 카메라를 설치하고, 작업장 밖에서 이동속도를 조절하는 방식이 시도되었으나 폴리우레탄과 강판이 접합되는 부분의 조도가 충분히 확보되지 못하는 문제점 등으로 인하여 폴리우레탄 원액의 발포 두께를 카메라에 전적으로 의존하여 조절하기에는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 패널에 삽입되는 발포제의 두께를 균일하게 유지하며 형성하기 위한 방법으로 작업자의 육안에 의지하여 수작업으로 이뤄졌던 종래의 이송 장치의 속도 제어 조작을 탈피하여, 자동으로 발포제의 두께를 일정하게 유지시키며 발포 공정이 진행될 수 있도록 이송 장치의 속도를 제어해주는 영상 처리 기술을 이용하여 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치는 점 형태로 출력되는 레이저 광선을 선 형태로 변환시켜 출력하고, 자체의 상하·좌우 운동을 조작할 수 있는 수단을 구비한 레이저 장치와; 상기 발포제의 경사면에 조사되어 맺힌 선형빔의 영상을 촬영하기 위한 카메라와; 상기 카메라로부터 실시간으로 입력받는 영상에서 발포제에 맺힌 선형빔의 위치값과 초기 설정 기준선의 위치값의 차이를 판독하고, 판독된 차이값에 대응하는 강판 이송 장치의 제어 속도를 산출하여, 이에 따른 전기적 제어 신호를 출력하는 영상 판독부; 및

상기 영상 판독부로부터 입력받은 전기적 제어 신호에 따라 강판 이송 장치를 제어하여 강판의 이송 속도를 조절하는 속도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치에 의하면, 선 형태의 레이저 빔을 발포중인 대상물에 조사하고 이를 판독하여 강판 이송 장치의 속도를 자동으로 제어해줌으로써, 작업자의 육안에 의지하여 수작업으로 이뤄졌던 종래의 이송 장치의 속도 제어 조작을 탈피하여, 자동으로 발포제의 두께를 일정하게 유지시키며 발포 공정이 진행될 수 있도록 이송 장치의 속도를 제어해 줄 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한, 발포 공정 제어의 자동화를 구현함에 따라 발포 진행 중 발생하는 유독 가스에 노출된 작업 환경으로부터 작업자를 보호할 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.

도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치는 선 형태의 레이저를 출사할 수 있고 자체의 위치를 조절할 수 있는 수단을 구비하고 있는 레이저 장치(100)와; 조사된 레이저의 선형빔의 위치 정보를 취득하기 위한 카메라(200)와; 상기 카메라(200)로부터 입력된 선형빔의 이미지를 초기 설정한 기준선과 비교 판독하여 공정 장치의 속도를 제어하는 중앙 처리 장치(300)로 구성된다.

이하 본 발명에 따른 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 레이저 장치(100)는 레이저 출력 회로와 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 광원과 집광 렌즈 및 실린더형 렌즈로 구성되어 있다. 임의의 크기로 출력된 레이저 광선은 집광 렌즈를 통과하며 점광 형태로 집광되고 상기 점형의 빔은 상기 실린더형 렌즈를 통과하며 선형빔으로 변환된다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 선형으로 변환된 레이저 광선은 대상물 위에 조사되고, 대상물에 맺힌 선형빔의 영상은 카메라(200)를 통하여 촬영되어 상기 중앙 처리 장치(300)로 입력된다.

만약 상기와 같은 선형빔이 아닌 점형의 빔을 조사한다면, 가열 공정을 거치며 발포되는 대상물의 동위선상에서 세부 구역에 따라 기울기의 차이가 발생할 경우에 잘못된 위치 정보가 입력되어 패널의 두께 조절 제어가 부정확해질 수 있다.

따라서, 보다 정확한 자동 두께 조절 제어를 위하여는 대상물에 조사되는 레이저 광선의 형태를 점형에서 선형으로 변환하는 과정이 필요하다.

또한, 상기 레이저 장치(100)는 생산하고자 하는 건축물 자재 패널의 두께 규격에 따라 세부적인 상하·좌우 위치 교정을 할 수 있도록 위치 조절 장치를 구비하고 있다. 상기 위치 교정은 생산하려는 패널의 두께를 변경할 경우 이에 맞추어 레이저 기준선(Line)을 다시 설정하기 위하여 필요하다.

즉, 생산하고자 하는 패널의 두께가 외부 입력 장치(400)를 통하여 후술할 위치 제어부(330)에 입력되면, 상기 위치 제어부(330)는 입력된 상기 패널의 두께값에 대응하는 상기 레이저 장치(100)의 기울기값을 산출하여 레이저 장치(100)의 기울기를 조정하게 된다.

생산되는 패널의 각 두께값에 대응하는 레이저 장치(100)의 기울기값은 각 두께 조건에 대한 실험을 통하여 축적된 데이터 베이스에 근거하여 산출되는 것이다.

즉. 생산하고자 하는 패널의 각 두께마다 최적의 레이저 조사 위치를 실험을 통하여 찾아내고 이를 기억매체에 저장시킴으로서 패널 두께에 따른 레이저 장치(100)의 최적 기울기값에 대한 데이터 베이스를 구축할 수 있다.

또한, 상기 레이저 장치(100)에 구비되는 위치 조절 장치란 외부로부터 전기적 신호를 받아 상하·좌우의 기계적 동작을 구현해주는 통상의 기계 장치를 의미한다.

상기 레이저 장치(100)로부터 출사된 선형빔은 발포중인 발포제의 경사면의 상하측 모서리에 평행하게 위치하며 선형의 이미지를 형성하도록 한다.

상기 발포제로는 일반적으로 폴리우레탄 원액이 사용되며 패널의 하측 강판에 주입된 상기 폴리우레탄 원액은 가열 공정을 거치며 서서히 발포하기 시작한다.

일정한 기울기를 갖으며 발포중인 대상물에 맺힌 선형빔의 이미지는 상기 대상물의 전방에 설치된 카메라(200)를 통하여 입력된다. 즉 상기 대상물의 경사면에 맺힌 상기 선형빔의 위치 정보를 취득한 후, 상기 중앙 처리 장치(300)를 통하여 정상적인 발포 과정에서 취득되는 선형빔의 위치 정보와 비교 판독함으로써 발포 공정의 정상적인 진행 여부를 검출할 수 있게된다.

상기 중앙 처리 장치(300)는 카메라(200)를 통하여 입력된 선형빔의 위치 정보를 판독하여 강판 이송 장치의 속도를 조절함으로써 대상물(폴리우레탄 원액)이 규격에 맞게 정상적으로 발포하도록 제어해준다.

상기 중앙 처리 장치(300)는 영상 판독부(310); 속도 제어부(320); 위치 제어부(330); 및 영상 표시부(340)를 포함하도록 구성되어 있다.

상기 영상 판독부(310)는 상기 카메라(200)로부터 실시간으로 입력받는 영상에서 대상물에 맺힌 선형빔 이미지를 인식할 수 있고, 인식된 상기 선형빔 라인(도4; L2,L3)의 위치값과 초기에 설정된 기준선(도4; L1)의 위치값을 계속 비교 판독하며 상호 간에 위치값의 차이가 발생하였는지 여부를 검출하는 역할을 한다.

도 4 는 카메라를 통하여 촬영된 레이저 라인 및 초기 설정 기준선의 영상을 나타낸 도면으로, 발포가 진행 중인 대상물이 정상적인 발포 상태보다 과도한 발포가 발생하면 조사된 선형빔(L2)은 초기 설정 기준선(L1)의 상단에 위치하게 되고, 부족한 발포가 발생하면 조사된 선형빔(L3)은 초기 설정 기준선(L1)의 하단에 위치 하게 된다.

상기의 초기 설정 기준선(L1)의 위치값이란, 부풀어오름이 진행 중인 대상물이 희망하는 두께를 형성하며 정상적으로 발포될 때 상기 대상물의 경사면에 맺힌 선형빔 라인의 위치값을 의미한다. 따라서 생산하고자 하는 패널의 두께를 변경할 경우에는 상기 기준선(L1)의 위치값 역시 바뀌게 된다.

또한, 생산하고자 하는 패널의 두께에 따른 상기 초기 설정 기준선(L1)의 위치값은 각 패널의 각 두께 조건에 대한 시험을 통하여 축적된 자료를 바탕으로 데이터 베이스화할 수 있다. 즉, 생산하고자 하는 패널 두께를 변경할 경우, 상기 두께에 조사되는 선형빔이 정상적으로 발포 중인 대상물에 도달했을 경우의 위치값 즉, 초기 설정 기준선(L1)의 위치값을 찾아내어 데이터 베이스를 구축하는 것이다.

상기 영상 판독부(310)는 초기 설정 기준선(L1)과 상기 선형빔 라인(L2,L3) 간의 위치 차이값을 판독한 후, 강판을 이송 중인 장치의 제어 속도를 산출하기 위한 제어 알고리즘을 거쳐 산출된 속도 제어 신호를 상기 속도 제어부(320)로 전송한다.

상기 이송 장치의 제어 속도를 산출하기 위한 제어 알고리즘이란

희망하는 두께를 유지하며 정상적으로 대상물의 발포 공정을 진행하기 위한 연산 규칙의 집합으로서, 상기 위치 차이값에 대응하는 속도 제어 비율을 출력해 내기 위한 데이터를 기반으로 짜여진다.

상기 데이터는 사전의 여러 조건에 대한 시험을 거쳐 축적된 자료들이다.

예를 들어, a 에서 b 범위 까지의 위치 차이값에 대한 최적의 속도 제어 비 율은 +10%, a 에서 c 범위 까지의 위치 차이값에 대한 최적의 속도 제어 비율은 -10% 와 같은 방식으로 정상적인 발포 진행을 유지하기 위한 이상적인 속도 제어 비율을 수많은 범위 조건에 대한 실험을 통하여 데이터 베이스 구축한다.

즉, 실제 공정에서 발생된 상기 기준선(L1)과 상기 선형빔 라인(L2,L3) 간에 위치 차이값이 입력되면 실험을 통하여 축적된 상기 데이터를 토대로 연산 과정을 거쳐 정상적인 부풀어오름의 진행을 위하여 필요한 속도 제어 비율을 찾아내어 이에 따른 전기적 제어 신호를 속도 제어부(320)로 전송하는 것이다.

상기 속도 제어부(320)는 상기 영상 판독부(310)로부터 입력받은 전기적 제어 신호에 따라 강판 이송 장치 구동부(500)를 제어하여 강판의 이동 속도를 조절하게 된다.

또한, 상기 속도 제어부(320)는 디지털 전기 신호를 아날로그 전기 신호로 변환해주는 DAC(Digital Analog Convert)를 통하여 상기 이송 장치의 구동 속도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.

상기 위치 제어부(330)는 생산하고자 하는 패널의 두께를 변경할 경우, 변경된 두께에 대응하여 레이저 광선이 지정된 위치로 조사되도록 위치 조정을 수행하는 역할을 한다.

상기 위치 조정의 수행을 위한 패널 두께의 입력은 상기 위치 제어부(330)와 전기적으로 연결된 외부입력 장치(400)를 통하여 작업자가 수치를 입력해줌으로써 이루어진다.

도 4 는 카메라를 통하여 촬영된 레이저 라인 및 초기 설정 기준선이 영상 표시부를 통하여 작업자에게 제공해주는 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 영상 표시부(340)는 상기 카메라를 통하여 취득되는 영상, 조사되고 있는 레이저 라인(L2,L3)과 초기 설정 기준선(L1)의 이미지 및 속도 제어량 등을 화면에 출력하여 작업자가 직접 눈으로 볼 수 있도록 제공 해주는 LCD 또는 CRT 와 같은 디스플레이 장치이다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

도 1 은 종래 건축 자재 패널의 생산 공정을 대략적으로 도시한 개략도.

도 2 는 본 발명에 따른 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 자동 조절 장치의 구성을 나타낸 구성도.

도 3 은 본 발명에 따른 건축 자재 패널 발포제의 경사면에 조사되는 선형빔을 나타낸 도면.

도 4 는 본 발명에 따른 카메라를 통하여 촬영된 레이저 라인 및 초기 설정 기준선이 영상 표시부를 통하여 제공되는 일 실시예를 나타낸 도면.

Claims (5)

1. 발포 중인 발포제의 경사면에 레이저 광선을 조사하고, 발포제에 맺힌 광선의 위치 정보를 이용하여, 상측 강판, 하측 강판 및 그 사이에 삽입된 발포제로 구성된 건축 자재 패널의 균일한 두께를 유지하기 위한 영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치로서,

   점 형태로 출력되는 레이저 광선을 선 형태로 변환시켜 출력하는 레이저 장치와;

   상기 발포제의 경사면에 조사되어 맺힌 선형빔의 영상을 촬영하는 카메라; 및

   상기 카메라로부터 입력된 선형빔의 위치를 정상적인 발포 진행시의 기준선(초기 설정 기준선)의 위치와 비교함으로써 강판 이송 장치의 속도를 제어하는 중앙 처리 장치를 포함하고,

   상기 중앙 처리 장치는,

   상기 카메라로부터 실시간으로 입력받는 영상에서 발포제에 맺힌 선형빔의 위치값과 초기 설정 기준선의 위치값의 차이를 판독하고, 판독된 차이값에 대응하는 강판 이송장치의 제어 속도를 산출하여, 이에 따른 전기적 제어 신호를 출력하는 영상 판독부; 및

   상기 영상 판독부로부터 입력받은 전기적 제어 신호에 따라 강판 이송 장치 구동부를 제어하여 강판의 이송 속도를 조절하는 속도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙 처리 장치는 생산하고자 하는 패널의 두께를 변경할 경우, 변경된 두께에 대응하여 레이저 광선이 지정된 위치로 조사되도록 레이저 장치의 위치 조정을 수행하는 위치 제어부를 더 포함하고,

   상기 위치 조정의 수행을 위한 패널 두께의 입력은 상기 위치 제어부와 전기적으로 연결된 외부입력 장치를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙 처리 장치는 상기 카메라를 통하여 취득되는 영상, 조사되고 있는 선형빔과 초기 설정 기준선의 이미지 및 속도 제어량을 화면에 출력하여 작업자가 직접 눈으로 볼 수 있도록 해주는 영상 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 속도 제어부는 디지털 전기 신호를 아날로그 전기 신호로 변환해주는 DAC(Digital Analog Convert)를 통하여 상기 이송 장치의 구동 속도를 더욱 정밀하게 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 장치에는 점 형태로 출력되는 레이저 광선을 선 형태로 변환 출력하는 실린더형 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 영상 처리를 이용한 건축 자재 패널 두께 유지 조절 장치.

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