KR100928318B1

KR100928318B1 - 엘브이에스에서의 용접비드 에지 검출 방법

Info

Publication number: KR100928318B1
Application number: KR1020080000698A
Authority: KR
Inventors: 홍진일; 강민구
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2008-01-03
Publication date: 2009-11-25
Also published as: KR20090074964A

Abstract

본 발명은 레이저 패턴부의 중심부와 용접부재 데이터를 사용하여 추출한 직선과의 거리와 용접비드 에지(Edge) 커널(Kernel)성분과 컨볼루션(Convolution)하여 보다 용이하게 에지가 위치하는 에지(Edge) 커널(Kernel)성분을 찾아내기 위한 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 관한 것으로 레이저광원부와 카메라부를 포함하는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 있어서 a)상기 엘브이에스가 획득한 영상 내에서 추출된 일측 용접부재에 대한 레이져 패턴요소를 임의의 직선변위로 근사화하는 단계; b)상기 영상의 가로방향으로 각 픽셀에 대응하여, 상기 임의의 직선변위와 레이져 패턴 중심간의 거리를 거리데이터로 저장하는 단계;및 c)저장된 상기 거리데이터를 용접비드 에지 커널(kernel) 성분에 대하여 컨볼루션시켜 결과데이터 처리하는 단계; d)상기 c단계에서 결과데이터 값의 최대값을 찾고 그때의 에지 커널(kernel)성분을 확정하여 용접비드 에지를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 사용자가 임의의 거리데이터를 설정하여야 하는 과정을 제거하여 사용자의 간섭을 배제함으로써 각 용접비드에 따른 정확한 용접비드 에지를 검출할 수 있고 용접비드 에지 커널 성분을 도입하여 거리데이터와 컨볼루션하여 용접비드 에지 커널 성분에 따른 상대적 거리데이터를 측정결과로 도출함으로써 용이하게 용접비드 에지를 도출 할 수 있을 뿐만 아니라 x축방향으로도 실수형태의 용접비드 에지의 영상위치를 검출 할 수 있는 이점이 있다.

레이저 비전, 용접비드, 용접비드 에지, 영상처리

Description

엘브이에스에서의 용접비드 에지 검출 방법{Bead edge detection method in LVS}

본 발명은 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 관한 것으로, 특히 레이저 패턴부의 중심부와 용접부재 데이터를 사용하여 추출한 직선과의 거리와 용접비드 에지(Edge) 커널(Kernel)성분과 컨볼루션(Convolution)하여 보다 용이하게 에지가 위치하는 에지(Edge) 커널(Kernel)성분을 찾아내기 위한 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산업 기술의 고도한 발전과 함께 근로환경에도 많은 개선이 이루어짐으로 인해, 용접과 같은 열악한 환경하의 작업을 기피하는 현상이 만연하였다.

이러한 이유로 작업자를 대신하여 열악한 환경하의 각종 작업에 로봇을 이용한 여러 가지 자동화 장비가 출현하게 되었다.

특히, 조선 분야에서의 용접은 용접 작업이 요구되는 위치가 위험하고, 그 작업 환경 또한 매우 열악하여 자동화의 실현이 시급하다.

따라서, 선박의 조립/건조 공정의 자동화를 위하여 용접선을 자동으로 추적하는 기능은 필수적으로 구비되어야 하며, 이러한 기능에 의하여 용접 토치는 용접선에 정확하게 위치하여 양호한 용접 품질을 얻을 수 있게 되었다.

용접선 추적 센서는 용접 토치의 전단에 장착되며, 그 센싱 방식에 따라 접촉식 용접선 추적 센서와 비접촉식 용접선 추적 센서로 나누어지는데, 이 중 비접촉식 용접선 추적 센서로서, 통상 레이저 비전(Laser Vision)이 이용되는 실정이다.

도 1은 일반적인 엘브이에스(LVS)을 설명하기 위해 도시한 개념구성도이다.

도 1을 참조하면, 통상의 엘브이에스(Laser Vision System:LVS)는 용접 토치(미도시)의 전방으로 소정의 거리만큼 이격 배치되는 레이저광원부(30)와, 상기 레이저광원부(30)의 전방에 일정 각도만큼 경사를 이루어 장착되는 카메라부(10)로 구성된다.

이러한 엘브이에스(LVS)는 상기 레이저광원부(30)에서 주사된 레이저 패턴(40)이 용접 작업이 요구되는 용접선(60) 상에 반사되고, 이후 상기 용접선(60)으로부터 반사된 레이저 패턴(40)을 상기 카메라부(10)가 촬상하는 것이다.

도 2는 엘브이에스(LVS)에서 촬상한 레이젼 패턴의 이미지를 나타낸 사진이다.

도 3은 종래의 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2의 하얀색 부분은 위에서 살펴본 바와 같은 구성을 갖는 레이저 비전에서 촬상한 레이저 패턴이다.

도 2의 레이저 패턴중 중간에 약간 만곡된 부분은 용접비드의 영역을 나타낸 것이고 양측의 경사진 부분은 맞대기 용접된 양측의 용접부재의 영역을 나타낸 것이다.

용접부재에서 용접비드가 시작되는 부분이 용접비드 에지(Edge)에 해당하는데 이곳은 중요한 특이점으로 사용되는 곳이다.

이에 엘브이에스(LVS)에서 촬상하여 입력한 입력영상내에서 좌,우측 용접비드 에지를 검색할 필요가 있다.

이에 종래의 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법은 다음과 같다.

먼저 도 3에서 도시한 바와 같이, 사용자가 임의의 거리데이터를 설정하는 작업이 수행된다.(S10)

여기서, 거리데이터란, 영상에서 보여지는 일측의 용접부재 데이터를 이용하여 임의의 직선을 만들고 이 직선과 영상에서 보여지는 레이져 패턴 두께의 중심까지의 세로방향의 거리를 나타내는 값이다.

본 단계(S10)는 사용자가 각 용접비드에 따른 에지가 시작되는 거리데이터를 자신의 경험에 따라 어느 정도 숙지하고 대상 용접비드에 맞추어 임의의 거리데이터를 정하는 단계이다.

다음은 실제 거리데이터를 측정하고 이를 비교하는 과정으로 우선 영상 내에 서 추출된 일측 용접부재에 대한 레이져 패턴요소를 직선보간법을 사용하여 임의의 직선변위로(도2의 1: 회색 직선) 근사화한다.(S20)

그리고 이전단계(S20)후 영상의 가로방향으로 각 픽셀에 대응하여, 임의의 직선변위와 레이져 패턴의 중심간의 거리(도 2의 D)를 측정하여 거리데이터로 저장한다.(S30)

그리고 이전단계(S30)후 이전단계(S30)에서 각 픽셀에 대응하여 저장된 거리데이터와 임의의 거리데이터와 비교하여 저장된 거리데이터가 임의의 거리데이터보다 큰 값을 갖는지 판단한다.(S40)

이전단계(S30)에서 저장된 거리데이터가 임의의 거리데이터보다 큰 값을 갖는 경우 그 때의 저장된 거리데이터에 대응하는 픽셀의 위치를 용접비드의 에지로 판단한다.(S50)

그러나 위와 같은 종래의 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법은 각각의 용접비드에 따라 사용자가 임의의 거리데이터를 변경하여 입력하여야 정확한 측정결과를 기대할 수 있지만 이는 매우 어려운 문제이다.

또한 측정결과, 영상의 세로방향으로는 실수형태의 용접비드 에지의 영상위치를 검출할 수 있지만, 가로방향으로는 정수형태의 영상위치만을 검색할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 용접비드의 조건에 따라 임의의 거리데이터를 사용자가 임의로 설정하여야 하는 사용자 간섭을 제거하고 영상의 가로방향으로도 실수형태의 용접비드 에지의 영상위치를 검출할 수 있는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저광원부와 카메라부를 포함하는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 있어서 a)상기 엘브이에스가 획득한 영상 내에서 추출된 일측 용접부재에 대한 레이져 패턴요소를 임의의 직선변위로 근사화하는 단계; b)상기 영상의 가로방향으로 각 픽셀에 대응하여, 상기 임의의 직선변위와 레이져 패턴 중심간의 거리를 거리데이터로 저장하는 단계;및 c)저장된 상기 거리데이터를 용접비드 에지 커널(kernel) 성분에 대하여 컨볼루션시켜 결과데이터 처리하는 단계; d)상기 c단계에서 결과데이터 값의 최대값을 찾고 그때의 에지 커널(kernel)성분을 확정하여 용접비드 에지를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법을 제공한다.

바람직하게는 상기c)단계는 아래 식,

Y_OBJ[N] = -1 * (DIST[N-9]*DIST[N-9] + DIST[N-8]*DIST[N-8] + DIST[N-7]*DIST[N-7] + DIST[N-6]*DIST[N-6] + DIST[N-5]*DIST[N-5] + DIST[N-4]*DIST[N-4] + DIST[N-3]*DIST[N-3] + DIST[N-2]*DIST[N-2])

+ (DIST[N+2]-DIST[N] + DIST[N+3]-DIST[N] + DIST[N+4]-DIST[N] + DIST[N+5]-DIST[N] + DIST[N+6]-DIST[N] + DIST[N+7]-DIST[N] + DIST[N+8]-DIST[N] + DIST[N+9]-DIST[N])

에 의해 처리되되, 상기DIST[N]는 각 픽셀마다 계산된 거리데이터를 의미하고, DIST[N-9]* DIST[N-9]……DIST[N-2]*DIST[N-2] 및 DIST[N+2]-DIST[N]…… DIST[N+9]-DIST[N]은 용접비드 에지 커널(Kernel)성분을 나타내고, Y_OBJ[N]는 컨볼루션을 취한 결과데이터인 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법은 사용자가 임의의 거리데이터를 설정하여야 하는 과정을 제거하여 사용자의 간섭을 배제함으로써 각 용접비드에 따른 정확한 용접비드 에지를 검출할 수 있고 용접비드 에지 커널 성분을 도입하여 거리데이터와 컨볼루션하여 용접비드 에지 커널 성분에 따른 상대적 거리데이터를 측정결과로 도출함으로써 용이하게 용접비드 에지를 도출 할 수 있을 뿐만 아니라 영상의 가로방향으로도 실 수형태의 용접비드 에지의 영상위치를 검출 할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 대한 일 실시예의 흐름을 나타낸 흐름도이다.

도 5는 도 4에서 도시한 저장된 거리데이터 및 저장된 거리데이터와 용접비드 에지 커널성분에 대하여 컨볼루션한 결과데이터를 나타낸 그래프이다.

도 4에서 도시한 바와 같이 먼저 엘브이에스(LVS)에서 획득한 영상내에서 추출된 일측 용접부재에 대한 레이저 패턴을 확인하고 앞서 언급한 바와 같이 직선보간법을 사용하여 임의의 직선변위로 근사화하여 거리데이터의 기준이 되는 직선을 설정한다.(S100)

이전단계(S100)이후 영상의 가로방향으로 각 픽셀에 대응하여, 상기 임의의 직선변위와 레이저 패턴의 중심간의 거리를 거리데이터로 저장한다.(S200)

즉, 임의의 직선변위와 영상에서 보여지는 레이져 패턴 두께의 중심까지의 y축방향의 거리를 측정하여 저장한다.

도 5의 (a)의 그래프에서 나타낸 것과 같이 거리데이터 곡선은 영상의 가로방향으로 어느 시점에서 증가하기 시작하는 모습을 알 수 있는데 거리데이터 곡선이 증가하는 시점 주위에서 용접비드 에지를 검출 할 수 있을 것이다.

이전단계(S200)이후 용접비드 에지를 보다 용이하게 검출하기 위하여 상기 저장된 거리데이터를 용접비드 에지 커널(Kernel)성분에 대하여 컨볼루션시켜 결과데이터를 처리한다.(S300)

여기서 컨볼루션(Convolution)이란, 2개의 함수를 시간영역 또는 주파수 영역에서 함수를 이동하면서 다른 함수에 적분 연산을 수행하는 것으로, 입력이 신호 혹은 파형일 경우 주어진 시스템에 대한 출력을 알아보고자 할 경우 사용되는 것이다.

여기서 용접비드 에지 커널(Kernel)성분이란, 상기 저장된 거리데이터를 용접 비드 에지 검출에 용이한 데이터 형태로 변환시키는 요소이다.

상기 저장된 거리데이터를 위와 같은 용접비드 에지 커널(Kernel)성분에 대하여 컨볼루션하면 각 픽셀의 간격 또는 레이저 패턴의 진행시간에 대하여 상대적 거리데이터의 변화량을 측정결과로 도출 할 수 있게 된다.

구체적인 컨볼루션의 수학식을 나타내면 다음과 같다.

[수학식]

여기서, 상기 수학식의 DIST[N]는 각 픽셀마다 계산된 거리데이터를 의미하고, ”DIST[N-9]*DIST[N-9]……DIST[N-2]*DIST[N-2]및 DIST[N+2]-DIST[N]…… DIST[N+9]-DIST[N]”은 용접비드 에지 커널(Kernel)성분을 나타내는 것이고, “Y_OBJ[N]”는 컨볼루션을 취한 결과데이터를 의미한다.

이전단계(S300)후 도 5의 (b)에서 도시한 바와 같이 결과 데이터 값(세로방향)의 최대값(도 5의 (b)에서 A)을 찾고 그때의 에지 커널성분을 확정한다.(S400)

도 5의 (b)의 세로방향은 결국, 에지 커널성분에 따른 상대적 거리데이터의 변화량을 나타내는 것이고 가로방향은 에지 커널성분을 나타낸다.

따라서 본 단계(S400)에서 에지 커널성분에 따른 상대적 거리데이터의 변화량의 최대값을 찾아내고 이때의 에지 커널성분을 확정하면 확정된 에지 커널성분을 통해 용접비드 에지를 영상내에서 보다 용이하게 검출할 수 있다.

일 실시예의 경우 도 5의 (b)에서 표시한 바와 같이, 포인트 A에서 세로방향인 상대적 거리데이터의 변화량이 최대값을 갖는다. 그리고 이때의 포인트 A에서의 가로방향의 에지 커널성분이 용접비드 에지의 위치를 나타낸다.

따라서 종래와 달리 세로방향에서 최대값을 갖는 가로방향의 에지 커널성분의 실수값을 상기 [수학식]에서 바로 찾을 수 있기 때문에 영상의 세로방향뿐만 아니라 가로방향으로도 실수형태의 용접비드 에지의 위치를 검색하는 것이 가능하다.

이상에서 본 발명에 따른 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 대한 바람직한 일 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술 분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있 을 것으로 이해된다.

Claims

레이저광원부와 카메라부를 포함하는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법에 있어서,

a)상기 엘브이에스가 획득한 영상 내에서 추출된 일측 용접부재에 대한 레이져 패턴요소를 임의의 직선변위로 근사화하는 단계;

b)상기 영상의 가로방향으로 각 픽셀에 대응하여, 상기 임의의 직선변위와 레이져 패턴 중심간의 거리를 거리데이터로 저장하는 단계;

c)저장된 상기 거리데이터를 용접비드 에지 커널(kernel) 성분에 대하여 컨볼루션시켜 결과데이터 처리하는 단계; 및

d)상기 c단계에서 결과데이터 값의 최대값을 찾고 그때의 에지 커널(kernel)성분을 확정하여 용접비드 에지를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

c)단계는 아래 식,

Y_OBJ[N] = -1 * (DIST[N-9]*DIST[N-9] + DIST[N-8]*DIST[N-8] + DIST[N-7]*DIST[N-7] + DIST[N-6]*DIST[N-6] + DIST[N-5]*DIST[N-5] + DIST[N-4]*DIST[N-4] + DIST[N-3]*DIST[N-3] + DIST[N-2]*DIST[N-2])

+ (DIST[N+2]-DIST[N] + DIST[N+3]-DIST[N] + DIST[N+4]-DIST[N] + DIST[N+5]-DIST[N] + DIST[N+6]-DIST[N] + DIST[N+7]-DIST[N] + DIST[N+8]-DIST[N] + DIST[N+9]-DIST[N])

에 의해 처리되되,

상기DIST[N]는 각 픽셀마다 계산된 거리데이터를 의미하고, DIST[N-9]* DIST[N-9]……DIST[N-2]*DIST[N-2] 및 DIST[N+2]-DIST[N]…… DIST[N+9]-DIST[N]은 용접비드 에지 커널(Kernel)성분을 나타내고, Y_OBJ[N]는 컨볼루션을 취한 결과데이터인 것을 특징으로 하는 엘브이에스(LVS)에서의 용접비드 에지(Edge) 검출 방법.