KR100969997B1 - 단조쉘 치수 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단조쉘 치수 측정장치에 관한 것으로서, 고리형태를 원통형으로 단조 작업하여 만드는 단조쉘의 영상이미지를 획득하여 상기 단조쉘의 치수를 측정하는 측정장치에 있어서, 상기 단조쉘의 전면과 일정거리 떨어져 촬영하여 영상이미지를 획득하는 붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치와 녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치로 구성된 영상입력수단; 상기 영상입력수단을 상하로 이동시키는 승강수단; 및 상기 승강수단에 의해 영상입력수단을 상하로 이동시키면서 단조작업 중인 상기 단조쉘을 붉은색 필터와 녹색 필터로 촬영한 영상이미지들로 크기가 변화되는 단조쉘의 외경 및 내경 치수를 측정하는 치수측정수단;으로 이루어져, 단조쉘을 촬영한 영상이미지에서 상기 단조쉘의 경계면을 더욱 확실하게 구분하여 외경 및 내경 치수들을 측정하고, 거리측정수단에 의해 단조 작업 중에 변화되는 단조쉘과의 거리를 반영하여 치수를 조정하는 치수 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

Description

단조쉘 치수 측정장치 및 측정방법{MEASURING APPARATUS OF FORGING SHELL AND MENSURATION}
본 발명은 단조쉘 치수 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 상세히는 열간 단조작업 중인 단조쉘을 촬영하여 영상이미지를 획득하는 영상입력수단과 상기 영상입력수단을 상하로 이동시키는 승강수단 및 상기 단조쉘과의 거리를 측정하는 거리측정수단에 의해, 상기 단조쉘의 외경과 내경 및 후면부 내경을 측정하는 단조셀 치수 측정장치 및 상기 치수 측정장치를 이용한 측정방법에 관한 것이다.
예컨대 원전 설비에서 방사능의 유출을 막거나 대형 선박의 여러 가지의 장치들을 보호하기 위해 지름이 수 미터에 달하는 거대한 원통을 많이 사용하고 있고, 이를 만드는 대표적인 방법으로 거대한 규모의 크기 때문에 일반적으로 열간 단조 작업을 이용하여 원통형의 단조쉘을 만들게 된다.
즉, 열간 단조 작업은 도 1에 도시한 바와 같이, 원재료로써 원기둥 형태로 되어 두루마리 화장지와 같이 중심축이 관통된 900∼1200도의 가열된 단조쉘(10)을 단조설비(100)의 회전축(20)에 끼워 넣고, 상기 회전축(20)을 받치고 있는 회전수단(30)으로 회전축(20)을 회전시켜 상기 회전축(20)과 함께 단조쉘(10)도 회전할 때, 상부에 있는 단조해머(40)로 회전하는 상기 단조쉘(10)의 바깥둘레면을 계속해서 두드림으로써 지름과 길이를 동시에 늘려 원하는 크기의 원통형의 단조쉘(10)을 만들게 된다.
이와 같이 원하는 크기의 단조쉘(10)을 만들기 위해서는 단조 작업 중에 수시로 상기 단조쉘의 치수인 지름과 길이를 측정해야 하지만, 고온의 가열된 단조쉘(10)로 인해 아무런 장비 없이 직접 접근하여 치수를 측정하는 것은 매우 위험한 일이 되므로, 종래에는 단순히 보호장구를 착용한 작업자가 접근하여 단순 측정하거나, 혹은 외국의 사례로써 상기 단조쉘(10)을 카메라와 같은 영상입력장치로 촬영하여 얻어지는 영상이미지를 가지고 단조 작업 중인 단조쉘(10)의 치수인 외경 및 내경 등을 측정하고 있었다.
그러나, 첫째, 단조 작업 중인 단조쉘은 900∼1200도로 가열되어 있어 고해상도의 영상입력수단(일반적으로 CCD 카메라, 디지털 이미지 획득장치 등등)의 촬영으로도 고온의 단조쉘로부터 정확한 영상이미지를 획득하는 것이 어렵고,
둘째, 영상입력수단으로 촬영하여 획득한 영상이미지에 의하여 확인되는 픽셀의 개수와 크기를 계산하여 실제 단조쉘의 크기로 환산하는 방식으로 상기 단조쉘의 외경과 내경을 측정하려면, 상기 단조쉘과 주변 배경 사이의 경계를 영상이미지에서 확실하게 구분할 수 있어야 하나, 단조 작업 중인 단조쉘의 크기는 2∼6.5M에 이르고 고온이기 때문에 발생하는 복사열에 의한 빛의 확산으로 획득한 영상이미지에서는 색 번짐 현상이 있어 단조쉘과 주변 배경을 구분할 수 있는 경계를 확실하게 구분하기 어려웠으며, 픽셀의 개수와 실제 단조쉘 크기의 환산이 부정확하여 단조쉘의 정확한 치수측정을 어렵게 한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 붉은색 필터를 장착한 영상입력장치에 의해 촬영된 고온의 단조쉘의 영상이미지는 상기 붉은색 필터로 인해 서로 온도가 다른 단조쉘과 주변 배경 사이의 구분이 확실하게 되어 단조쉘의 정확한 외곽 경계면 및 후면의 내측 경계면을 구할 수 있고, 붉은색 필터의 상기 영상이미지와 녹색 필터를 장착한 영상입력장치에 의해 촬영된 고온의 단조쉘의 영상이미지이 대비에 의해 단조쉘 전면의 내측 경계면과 후면의 내측 경계면 사이의 구분이 확실하게 되어 정확한 내측 경계면을 구할 수 있으므로, 영상이미지상의 정확한 상기 외곽 경계면 및 내측 경계면을 기준으로 픽셀의 개수와 크기를 확인하고, 확인된 픽셀의 개수와 크기를 계산하여 실측값으로 환산함으로써 단조쉘의 외경과 내경 등의 실제치수를 측정할 수 있도록 한 단조쉘 치수 측정장치를 제공함에 있다.
다른 목적은 고온의 단조쉘이 단조작업 중일 때에는 영상입력장치와 상기 단조쉘 사이의 거리가 수시로 달라질 수 있고, 상기 거리가 달라지면 촬영되는 영상이미지에서 픽셀의 개수도 달라지기 때문에 레이저의 조사에 의해 달라지는 거리를 일일이 확인하여, 달라지는 거리에 따라 픽셀의 개수와 크기에 따른 계산값을 조정함으로써 단조쉘의 외경과 내경 등의 실제치수를 더욱 정확하게 측정할 수 있도록 단조쉘 치수 측정장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 상기 단조쉘 치수 측정장치를 이용하여 단조쉘의 외경과 내경 및 길이를 측정하는 치수 측정방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 단조쉘 치수 측정장치는, 고리형태를 원통형으로 단조 작업하여 만드는 단조쉘의 영상이미지를 획득하여 상기 단조쉘의 치수를 측정하는 측정장치에 있어서, 상기 단조쉘의 전면과 일정거리 떨어져 촬영하여 영상이미지를 획득하는 붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치와 녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치로 구성된 영상입력수단; 상기 영상입력수단을 상하로 이동시키는 승강수단; 및 상기 승강수단에 의해 영상입력수단을 상하로 이동시키면서 단조작업 중인 상기 단조쉘을 촬영하여 영상이미지들을 획득하되, 붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치에 의해 촬영된 영상이미지들로 상기 단조쉘과 배경과의 대비를 이용하여 외곽 및 후면부 내측 경계면을 구함과 동시에, 상기 붉은색 필터의 영상이미지와 녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치에 의해 촬영된 영상이미지들로 단조쉘의 전면부 내측 경계면을 구하여, 구해진 상기 외곽 경계면과 내측 경계면을 기준으로 정해지는 영상이미지들의 픽셀의 크기와 개수로 크기가 변화되는 단조쉘의 외경 및 내경 치수를 지속적으로 실측값으로 환산하여 측정하는 치수측정수단;을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 상기 승강수단에 의해 영상입력수단과 함께 상하로 이동함과 동시에 펜틸트 구동부에 의해 상하좌우로 회전하는 거리측정수단을 더 포함하여, 상기 영상입력수단으로 영상이미지들을 획득할 때마다 상기 거리측정수단에 구비된 레이저를 단조작업중인 단조쉘 전면에 비스듬히 조사하는 것에 의해 구해지는 조사거리 및 조사각도로 영상입력수단과 단조쉘 사이의 거리를 측정하고, 상기 치수측정수단에 의해 확인되는 영상이미지들의 픽셀의 개수와 크기에 따른 계산값을 단조쉘과의 거리측정에 의해 변화되는 거리에 따라 조정하여, 크기가 변화되는 단조쉘의 외경 및 내경 치수를 지속적으로 실측값으로 환산하여 측정하며, 상기 거리측정수단의 레이저로 측정한 단조쉘의 평균 전면거리와 단조쉘의 후면에 비스듬히 조사하여 측정한 평균 후면거리를 통해 상기 단조쉘의 길이를 측정하는 것이 바람직하다.
또, 상기 승강수단은 리니어모터와 상기 리니어모터에 의해 구동하는 LM가이드로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 단조쉘 치수 측정장치를 이용한 치수 측정방법은, 상기 단조쉘의 치수 측정장치를 이용하여 단조 작업에 의해 중심축이 관통된 원기둥 형태에서 원통형으로 변화하는 단조쉘의 치수 측정방법에 있어서, 붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치로부터 단조작업 중인 단조쉘의 영상이미지를 획득하는 제 1 단계; 녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치로부터 단조작업 중인 단조쉘의 영상이미지를 획득하는 제 2 단계; 상기 제 1 단계에서 획득한 영상이미지로 단조쉘 전면의 외곽 및 후면의 내측 경계면을 찾고, 상기 제 1 단계 및 제 2 단계에서 획득한 영상이미지를 겹친 후 배타적 논리합(XOR)을 적용하여 단조쉘 전면의 내측 경계면을 찾아내는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 찾아낸 단조쉘의 각 외곽 경계면을 지나는 가상의 제 1 원(C1)을 찾는 제 4 단계; 상기 제 1 및 제 2 영상입력장치를 상기 제 4 단계에서 찾아낸 가상의 제 1 원(C1) 중심으로 이동하는 제 5 단계; 상기 제 1 단계에서 제 5 단계의 과정을 현재의 제 1 및 제 2 영상입력장치의 위치와 가상의 제 1 원(C1) 중심이 일치할 때까지 반복하는 제 6 단계; 상기 제 5 단계에서 찾아낸 가상의 제 1 원(C1)의 중심을 기준으로 하여, 상기 3 단계에서 찾아낸 단조쉘 전면의 내측 각 경계면을 지나는 단조쉘의 제 2 원(C2) 및 단조쉘 후면의 내측 각 경계면을 지나는 제 3 원(C3)을 찾는 제 7 단계; 및 상기 단조쉘의 영상이미지들로부터 구한 단조쉘의 제 1 원(C1)과 제 2 원(C2)을 기준으로 상기 영상이미지들로부터 픽셀의 개수와 크기를 확인하고, 이를 실측값으로 환산하여 크기가 변화되는 단조쉘의 실제 외경과 내경의 치수를 측정하는 제 9 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 거리측정수단의 레이저를 상기 단조쉘의 좌측 전면부와 우측 전면부에 조사하여, 조사거리 및 조사각도에 의해 변화되는 상기 제 1 및 제 2 영상입력장치와 상기 단조쉘의 중심 사이의 거리(L1)(L2)를 각각 측정하고, 단조쉘의 영상이미지에서 확인되는 픽셀의 개수와 크기에 따른 계산값을 변화되는 상기 거리(L1)(L2)에 따라 조정하여, 크기가 변화되는 단조쉘의 실제 외경 및 내경 치수로 환산하여 결정하는 제 10 단계; 상기 거리측정수단의 레이저로 상기 단조쉘의 좌측 후면 끝단 및 우측 후면 끝단과 상기 제 1 및 제 2 영상입력장치 사이의 거리(L3)(L4)를 각각 측정하되, 상기 제 7 단계에서 구해진 제 3 원(C3)과 상기 제 4 단계에서 구해진 제 1 원(C1)의 중심 좌표를 지나는 직교축과의 교점을 상기 거리(L3)(L4)의 측정을 위한 측정위치로 결정하는 제 11 단계; 및 상기 제 10 단계에서 측정된 거리인 L1,L2를 이용하여 제 1 및 제 2 영상입력장치와 단조쉘 사이의 평균 전면 거리를 계산하고, 상기 제 11 단계에서 측정된 거리인 L3,L4를 이용하여 제 1 및 제 2 영상입력장치와 단조쉘 사이의 평균 후면 거리를 계산하여, 상기 평균 전면 거리와 평균 후면 거리를 통해 단조쉘의 길이를 측정하는 제 12 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 단조쉘 치수 측정장치 및 측정방법에 의하면, 열간 단조 작업 중에 작업 대상인 900∼1200도의 고온 단조쉘의 외경과 내경 및 길이를 정확하게 동시에 측정할 수 있는 측정장치 및 측정방법을 제공함으로써, 작업 후 길이 및 두께의 부정확함에서 오는 재작업 및 단조쉘의 절단 등의 공정을 생략하여 열간 단조 작업의 작업 효율뿐만 아니라, 작업 후 공정을 단순화하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 단조쉘의 단조작업을 보여주는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치를 보여주는 개념도
도 3은 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치를 구성하는 구성요소로써 영상입력수단과 거리측정수단의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치로 단조쉘의 치수를 측정하기 위해 단조작업 중인 단조쉘의 전면을 보여주도록 촬영된 영상이미지를 보여주는 정면도
도 5는 상기 영상입력수단과 거리측정수단을 사용하여 단조쉘의 전면을 촬영하고 거리를 측정하여 상기 단조쉘의 치수를 측정하는 상태를 보여주는 측면도
이하, 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치 및 측정방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범 주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 단조쉘 치수측정장치를 보여주는 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치를 구성하는 구성요소로써 영상입력수단과 거리측정수단의 사시도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치는, 영상입력수단(1), 승강수단(2), 거리측정수단(3) 및, 치수측정수단(4)으로 이루어진다.
상기 영상입력수단(1)은 대표적으로 CCD카메라와 같은 것으로 구성하며, 도 3에 도시한 바와 같이, 붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치(1a)와 녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치(1b)가 나란히 설치프레임(5)의 뒤쪽에 설치된 승강수단(2)에 설치대(5a)와 함께 고정되어, 상기 승강수단(2)에 의해 상하로 이동을 할 수 있도록 되어 있고, 제 1 영상입력장치(1a)와 제 2 영상입력장치(1b)로 각각 단조 작업중인 단조쉘(10)을 촬영하여 영상이미지(6)를 획득하게 된다.
상기 승강수단(2)은 설치프레임(5)의 후면 중심을 상하로 가로질러 설치되는 LM가이드(2a)와 LM가이드(2a)에 연결된 리니어모터(2b)로 이루어져, 상기 리니어모터(2b)의 구동에 의해 상기한 바와 같이 영상입력수단(1)이 상기 LM가이드(2a)를 타고 상하로 이동할 수 있도록 되어 있다.
상기 거리측정수단(3)은 레이저(3a)와 상기 레이저(3a)를 상하좌우로 회전시키는 펜틸트 구동부(3b)로 이루어져 상기 영상입력수단(1) 아래의 설치프레임(5) 내의 설치대(5b) 상에 설치되고, 상기 영상입력수단(1)과 같이 승강수단(2)에 고정되어 상하로 이동되며, 상기 레이저(3a)에 의한 조사가 상기 펜틸트 구동부(3b)에 의해 다양한 방향과 각도로 이루어지게 된다.
상기 치수측정수단(4)은 보통 모니터(4a)와 본체(4b)로 된 컴퓨터를 사용하여 상기 영상입력수단(1)에 의해 촬영된 단조쉘(10)의 영상이미지(6)는 모니터(4a)를 통해 디스플레이되고, 상기 영상이미지(6)에 의해 확인되는 픽셀의 크기와 개수를 계산하여 단조쉘(10)의 실체 치수를 환산하는 작업은 본체(4b)에서 이루어지고 그 결과를 모니터(4a)를 통해 확인하게 된다.
다음은 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 단조쉘 치수 측정장치의 측정원리를 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치로 단조쉘의 치수를 측정하기 위해 단조작업 중인 단조쉘의 전면을 보여주도록 촬영된 영상이미지를 보여주는 정면도를 도시한 것이다.
처음에는 원기둥 형태로 두루마리 화장지와 같이 중심축이 관통된 고온의 단조쉘을 열간 단조 작업하면, 도 4에 도시한 바와 같이 지름과 길이가 커진 원통형의 단조쉘(10)로 만들어지게 되나, 상기 단조쉘(10)의 최종적인 치수인 외경과 내경 및 길이는 수요자의 요구에 의해 이미 정해져 있으므로 단조 작업중에 정해진 치수에 도달할 때까지 수시로 상기 치수를 확인해야 한다.
이와 같이 단조 작업 중에 단조쉘의 치수를 확인하는 방법으로 배경기술에서 설명한 바와 같이 상기 단조쉘을 촬영하여 획득한 영상이미지에서 단조쉘에 해당하는 부분의 픽셀의 개수를 확인하여, 상기 픽셀의 개수와 크기를 계산하고 계산된 값을 실측값으로 환산하여 단조쉘의 실제 외경 및 내경의 치수를 구하게 되지만, 단조 작업 중인 상기 단조쉘은 상기한 바와 같이 워낙 고온이기 때문에 영상이미지에서는 단조쉘에 해당하는 부분이 고온의 붉은색으로 표시되면서 색이 번져 주변 배경과의 경계가 모호해져, 단조쉘에 해당하는 부분을 확인하기 어렵게 된다.
따라서, 도 4에 도시한 바와 같이 단조 작업 중인 단조쉘(10)을 촬영하여 얻은 영상이미지에서 상기 단조쉘(10)과 주변 배경과의 경계를 확실하게 구분하기 위해, 상기 단조쉘(10)을 일단 붉은색 필터가 장착된 제 1 영상입력장치로 촬영하여 영상이미지를 얻고, 녹색 필터가 장착된 제 2 영상입력장치로 촬영하여 영상이미지를 얻는다.
이후 붉은색 필터가 장착된 제 1 영상입력장치로 촬영된 영상이미지는 상기 붉은색 필터에 의해 단조쉘(10)에 해당하는 부분은 밝게 표시되고 주변 배경은 어둡게 표시되기 때문에 그 경계면이 확실하게 구분되면서 상기 경계면을 따라 제 1 원(C1)을 그릴 수 있어, 단조쉘(10)의 전면에서 주변 배경과 구분되는 외곽 경계면을 확실하게 구분할 수 있으며, 또한 정면에서 보면 상기 단조쉘(10) 후면의 내측 경계면이 보이고 상기 내측 경계면도 상기 외곽 경계면과 같이 안쪽의 주변 배경이 어둡게 표시되기 때문에 상기 방법으로 제 3 원(C3)을 그릴 수 있게 된다.
그러나, 영상이미지로 볼 때 상기 단조쉘(10) 후면의 내측 경계면의 바깥쪽으로 형성되는 전면의 내측 경계면은 같이 고온의 붉은색을 띠는 후면의 내측 경계면에 의해 서로 겹쳐 보여 확실하게 구분할 수 없기 때문에, 붉은색 필터에 의해 촬영된 영상이미지와 녹색 필터가 장착된 제 2 영상입력장치에 의해 촬영된 영상이미지를 겹쳐 배타적 논리합(XOR)을 이용하여 단조쉘(10) 전면의 내측 경계면을 찾아 제 2 원(C2)을 그리게 된다.
즉, 녹색 필터에 의해 촬영된 영상이미지에서는 상기 단조쉘(10) 후면의 내측 경계면보다 제 1 및 제 2 영상입력장치와 가까운 거리에 있는 단조쉘(10) 전면의 내측 경계면이 상대적으로 어두운 상기 단조쉘(10) 후면의 내측 경계면보다 더 밝게 표시되므로, 상기 단조쉘(10) 전면의 내측과 후면의 내측 사이의 경계면을 구분할 수 있게 되나, 붉은색 필터에 의해 촬영된 영상이미지와 녹색 필터에 의해 촬영된 영상이미지를 겹쳐 배타적 논리합(XOR)을 적용하면 더욱 확실하게 경계면을 구분할 수 있다는 것이다.
이와 같이 영상이미지에서 상기 단조쉘(10) 외곽의 경계면과 내측 경계면으로 제 1 원(C1) 및 제 2 원(C2)이 확정되면, 상기 제 1 원(C1)의 중심을 가로지르는 픽셀의 개수를 확인하고 확인된 개수에 픽셀의 크기를 곱하고, 이를 배율에 따라 실측값으로 환산하여 단조쉘(10)의 실제 외경 치수를 구하게 되며, 상기 제 2 원(C2)에 의해 구해지는 단조쉘(10)의 실제 내경도 또한 같은 방법으로 구하게 되고, 영상이미지에서 C1과 C2 및 C3를 찾는 것과 외경 및 내경을 구하는 작업은 치수측정수단(4)에 의해 이루어지게 된다.
여기서, 열간 단조 작업 중일 때의 단조쉘(10)은 계속해서 크기가 커지면서 그 중심이 이동하게 되므로 상기 영상입력수단(1)의 위치를 변하는 중심에 맞추어 상하로 이동시켜 수시로 촬영하여 얻은 영상이미지를 통해 크기가 커지는 단조쉘(10)의 치수를 상기한 바와 같은 방법으로 정해진 치수에 도달할 때까지 측정하게 되며, 상기 영상입력수단(1)을 상하로 이동시킬 때 상기 승강수단(2)을 사용하게 된다.
한편, 영상입력수단(1)은 단조 작업 중인 단조쉘(10)과 정해진 거리를 두고 촬영한다는 전제하에 치수를 측정하고 있으나, 실제 단조 작업 중인 단조쉘(10)은 상기 영상입력수단(1)과의 거리가 수시로 변할 수 있기 때문에 촬영된 영상이미지에서는 배율이 달라져 정해진 거리에 의해 측정된 치수와는 달라질 수 있으므로, 다음과 같이 이에 대한 조정이 필요하게 된다.
도 5는 상기 영상입력수단과 거리측정수단을 사용하여 단조쉘의 전면을 촬영하고 거리를 측정하여 상기 단조쉘의 치수를 측정하는 상태를 보여주는 측면도를 도시한 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 단조 작업으로 인해 크기가 커지는 단조쉘(10)을 영상입력수단(1)에 의해 수시로 촬영하여 영상이미지를 얻을 때, 촬영할 때마다 달라지는 상기 영상입력수단(1)과 단조쉘(10) 사이의 거리는 거리측정수단(3)에 구비된 레이저(3a)를 조사하여 확인한다.
즉, 상기 단조쉘(10)은 원통형이므로 빈 공간인 중심부를 향해 조사하지 못하고 상기 레이저(3a)를 전면 둘레의 좌우측면에 조사하게 되면 비스듬히 조사하게 되고, 이와 같이 비스듬히 조사하여 조사거리와 조사각도(θ)를 구하면 치수측정수단(4)을 이용하여 상기 단조쉘(10)과의 거리(L1,L2)를 구할 수 있게 된다.
따라서, 단조 작업으로 인해 원래 정해진 거리보다 더 가까워지거나 더 멀어진 영상입력수단(1)과 단조쉘(10) 사이의 실제 거리를 상기의 방법으로 확인하게 되면, 상기 영상입력수단(1)에 의해 촬영된 단조쉘(10)의 영상이미지에서 픽셀의 개수가 변하게 되므로 정해진 거리에서 촬영된 영상이미지에서 확인되는 픽셀의 개수와 크기로 계산하여 계산값을 구하면 안되고, 상기 거리가 변하는 것에 따른 배율의 변화를 상기 계산값에 반영하여 단조쉘(10)의 실제 외경 및 내경치수로 조정을 하게 된다.
한편, 상기 거리측정수단(3)의 레이저(3a)에 의해 단조쉘(10)의 전면 거리(L1,L2)를 구한 후 같은 방법으로 단조쉘(10)의 후면 거리(L3,L4)를 구하게 되면, 상기 전면 거리(L1,L2)와 후면 거리(L3,L4)를 이용하여 단조쉘(10)의 길이를 정해진 치수에 도달할 때까지 지속적으로 측정할 수 있게 된다.
이상과 같은 구성과 작동원리에 의해 단조 작업 중인 단조쉘의 치수측정장치를 이용하여 단조작업에 의해 고리형태에서 원통형으로 변화하는 단조쉘의 치수를 측정하는 방법을 첨부된 도면을 참조하여 단계별로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 붉은색 필터를 장착한 영상입력수단(1)의 제 1 영상입력장치(1a)로 단조 작업 중인 단조쉘(10)을 촬영하여 상기 단조쉘(10)의 영상이미지를 획득한다.(제 1 단계)
다음에, 녹색 필터를 장착한 영상입력수단(1)의 제 2 영상입력장치(1b)로 단조 작업 중인 단조쉘(10)을 촬영하여 상기 단조쉘(10)의 영상이미지를 획득한다.(제 2 단계)
다음에, 상기 제 1 단계에서 획득한 영상이미지는 붉은색 필터에 의해 고온의 단조쉘(10) 부분은 밝게 표시되고 주변 배경은 어둡게 표시되므로, 이를 통해 단조쉘(10) 전면의 외곽 및 후면의 내측 경계면을 찾고, 상기 단조쉘(10) 전면과 후면의 내측 경계를 더욱 확실하게 구분하기 위해 상기 제 1 단계 및 제 2 단계에서 획득한 영상이미지를 겹친 후 배타적 논리합(XOR)을 적용하여 단조쉘(10) 전면의 내측 경계면을 찾아낸다.(제 3 단계)
다음에, 상기 제 3 단계에서 찾아낸 단조쉘(10)의 각 외곽 경계면을 지나는 선을 이어 가상의 제 1 원(C1)을 찾는다.(제 4 단계)
다음에, 상기 영상입력수단(1)의 제 1 영상입력장치(1a) 및 제 2 영상입력장치(1b)를 상기 제 4 단계에서 찾아낸 가상의 제 1 원(C1) 중심으로 이동한다.(제 5 단계)
다음에, 단조쉘(10)의 단조 작업 중에 상기 제 1 단계에서 제 5 단계의 과정을 현재의 제 1 영상입력장치(1a) 및 제 2 영상입력장치(1b)의 위치와 가상의 제 1 원(C1) 중심이 일치할 때까지 반복한다.(제 6 단계)
다음에, 상기 제 5 단계에서 찾아낸 가상의 제 1 원(C1)의 중심을 기준으로 하여, 상기 3 단계에서 찾아낸 단조쉘(10) 전면의 내측 각 경계면을 지나는 선을 이어 단조쉘(10)의 제 2 원(C2)을 찾음과 동시에, 단조쉘(10) 후면의 내측 각 경계면을 지나는 선을 이어 제 3 원(C3)을 찾는다.(제 7 단계)
상기 단조쉘(10)의 영상이미지들로부터 구한 단조쉘(10)의 제 1 원(C1)과 제 2 원(C2)을 기준으로 상기 영상이미지들의 상기 제 1 원(C1) 및 제 2 원(C2)의 중심을 가로지르는 픽셀의 개수와 크기를 확인하여 계산하고, 이를 실측값으로 환산하여 크기가 변화되는 단조쉘(10)의 실제 외경과 내경의 치수를 측정한다.(제 9 단계)
한편, 상기 제 1 단계에서부터 제 9 단계까지의 단조쉘의 치수측정방법은 영상입력수단과 단조쉘과의 거리가 일정한 값으로 고정된 상태에 있다는 것을 전제하에 진행되나, 실제로 단조 작업 중에는 상기 영상입력수단과 단조쉘과의 거리가 수시로 변하게 되므로 변화된 거리를 단조쉘 치수의 실측값에 반영해야만 한다.
따라서, 다음과 같은 단계의 치수측정방법을 추가적으로 적용하는 것이 바람직하다.
먼저, 거리측정수단(3)의 레이저(3a)를 상기 단조쉘(10)의 좌측 전면부와 우측 전면부에 조사하여, 조사거리 및 조사각도(θ)를 구하고 이를 이용하여 변화되는 상기 제 1 영상입력장치(1a) 및 제 2 영상입력장치(1b)의 영상입력수단(1)과 상기 단조쉘(10)의 중심 사이의 거리(L1)(L2)를 각각 측정하고, 상기 제 9 단계에서 설명하고 있는 바와 같이 단조쉘(10)의 영상이미지에서 확인되는 픽셀의 개수와 크기를 계산하여 계산값을 구하되, 계산값에 변화되는 상기 거리(L1)(L2)에 따른 배율을 상기 계산값에 반영하여 조정한 후, 이를 크기가 변화되는 단조쉘(10)의 실제 외경 및 내경 치수로 환산하여 결정한다.(제 10 단계)
다음에, 상기 거리측정수단(3)의 레이저(3a)로 상기 단조쉘(10)의 좌측 후면 끝단 및 우측 후면 끝단과 상기 제 1 영상입력장치(1a) 및 제 2 영상입력장치(1b)의 영상입력수단(1) 사이의 거리(L3)(L4)를 각각 측정하되, 상기 제 7 단계에서 구해진 제 3 원(C3)과 상기 제 4 단계에서 구해진 제 1 원(C1)의 중심 좌표를 지나는 직교축과의 교점을 상기 거리(L3)(L4)의 측정을 위한 측정위치로 결정한다.(제 11 단계)
다음에, 상기 제 10 단계에서 측정된 거리인 L1,L2를 이용하여 제 1 영상입력장치(1a) 및 제 2 영상입력장치(1b)의 영상입력수단(1)과 단조쉘(10) 사이의 평균 전면 거리를 계산하고, 상기 제 11 단계에서 측정된 거리인 L3,L4를 이용하여 제 1 영상입력장치(1a) 및 제 2 영상입력장치의 영상입력수단(10과 단조쉘(10) 사이의 평균 후면 거리를 계산하여, 상기 평균 후면 거리에서 평균 전면 거리를 뺀 거리로 크기가 변화되는 상기 단조쉘(10)의 길이를 측정한다.(제 12 단계)
이상과 같이 본 발명에 따른 단조쉘 치수 측정장치 및 측정방법에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : 영상입력수단 1a : 제 1 영상입력장치
1b : 제 2 영상입력장치 2 : 승강수단
2a : LM가이드 2b : 리니어모터
3 : 거리측정수단 3a : 레이저
3b : 펜틸트 구동부 4 : 치수측정수단
4a : 모니터 4b : 컴퓨터 본체
5 : 설치프레임 5a,5b : 설치대
6 : 영상이미지 10 : 단조쉘
C1 : 제 1 원 C2 : 제 2 원
C3 : 제 3 원
L1,L2 : 영상입력수단과 단조쉘과의 전면 거리
L3,L4 : 영상입력수단과 단조쉘과의 후면 거리

Claims (5)

  1. 고리형태를 원통형으로 단조 작업하여 만드는 단조쉘의 영상이미지를 획득하여 상기 단조쉘의 치수를 측정하는 측정장치에 있어서,
    상기 단조쉘의 전면과 일정거리 떨어져 촬영하여 영상이미지를 획득하는 붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치와 녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치로 구성된 영상입력수단;
    상기 영상입력수단을 상하로 이동시키는 승강수단; 및
    상기 승강수단에 의해 영상입력수단을 상하로 이동시키면서 단조작업 중인 상기 단조쉘을 촬영하여 영상이미지들을 획득하되, 붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치에 의해 촬영된 영상이미지들로 상기 단조쉘과 배경과의 대비를 이용하여 외곽 및 후면부 내측 경계면을 구함과 동시에, 상기 붉은색 필터의 영상이미지와 녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치에 의해 촬영된 영상이미지들로 단조쉘의 전면부 내측 경계면을 구하여, 구해진 상기 외곽 경계면과 내측 경계면을 기준으로 정해지는 영상이미지들의 픽셀의 크기와 개수로 크기가 변화되는 단조쉘의 외경 및 내경 치수를 지속적으로 실측값으로 환산하여 측정하는 치수측정수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 단조쉘의 치수측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 승강수단에 의해 영상입력수단과 함께 상하로 이동함과 동시에 펜틸트 구동부에 의해 상하좌우로 회전하는 거리측정수단을 더 포함하여,
    상기 영상입력수단으로 영상이미지들을 획득할 때마다 상기 거리측정수단에 구비된 레이저를 단조작업중인 단조쉘 전면에 비스듬히 조사하는 것에 의해 구해지는 조사거리 및 조사각도로 영상입력수단과 단조쉘 사이의 거리를 측정하고,
    상기 치수측정수단에 의해 확인되는 영상이미지들의 픽셀의 개수와 크기에 따른 계산값을 단조쉘과의 거리측정에 의해 변화되는 거리에 따라 조정하여, 크기가 변화되는 단조쉘의 외경 및 내경 치수를 지속적으로 실측값으로 환산하여 측정하며,
    상기 거리측정수단의 레이저로 측정한 단조쉘의 평균 전면거리와 단조쉘의 후면에 비스듬히 조사하여 측정한 평균 후면거리를 통해 상기 단조쉘의 길이를 측정하는 것을 특징으로 하는 단조쉘의 치수측정장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 승강수단은 리니어모터와 상기 리니어모터에 의해 구동하는 LM가이드로 이루어진 것을 특징으로 하는 단조쉘의 치수측정장치.
  4. 단조쉘의 치수 측정장치를 이용하여 단조 작업에 의해 중심축이 관통된 원기둥 형태에서 원통형으로 변화하는 단조쉘의 치수 측정방법에 있어서,
    붉은색 필터를 장착한 제 1 영상입력장치로부터 단조작업 중인 단조쉘의 영상이미지를 획득하는 제 1 단계;
    녹색 필터를 장착한 제 2 영상입력장치로부터 단조작업 중인 단조쉘의 영상이미지를 획득하는 제 2 단계;
    상기 제 1 단계에서 획득한 영상이미지로 단조쉘 전면의 외곽 및 후면의 내측 경계면을 찾고, 상기 제 1 단계 및 제 2 단계에서 획득한 영상이미지를 겹친 후 배타적 논리합(XOR)을 적용하여 단조쉘 전면의 내측 경계면을 찾아내는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서 찾아낸 단조쉘의 각 외곽 경계면을 지나는 가상의 제 1 원(C1)을 찾는 제 4 단계;
    상기 제 1 및 제 2 영상입력장치를 상기 제 4 단계에서 찾아낸 가상의 제 1 원(C1) 중심으로 이동하는 제 5 단계;
    상기 제 1 단계에서 제 5 단계의 과정을 현재의 제 1 및 제 2 영상입력장치의 위치와 가상의 제 1 원(C1) 중심이 일치할 때까지 반복하는 제 6 단계;
    상기 제 5 단계에서 찾아낸 가상의 제 1 원(C1)의 중심을 기준으로 하여, 상기 3 단계에서 찾아낸 단조쉘 전면의 내측 각 경계면을 지나는 단조쉘의 제 2 원(C2) 및 단조쉘 후면의 내측 각 경계면을 지나는 제 3 원(C3)을 찾는 제 7 단계; 및
    상기 단조쉘의 영상이미지들로부터 구한 단조쉘의 제 1 원(C1)과 제 2 원(C2)을 기준으로 상기 영상이미지들로부터 픽셀의 개수와 크기를 확인하고, 이를 실측값으로 환산하여 크기가 변화되는 단조쉘의 실제 외경과 내경의 치수를 측정하는 제 9 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단조쉘의 치수 측정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    거리측정수단의 레이저를 상기 단조쉘의 좌측 전면부와 우측 전면부에 조사하여, 조사거리 및 조사각도에 의해 변화되는 상기 제 1 및 제 2 영상입력장치와 상기 단조쉘의 중심 사이의 거리(L1)(L2)를 각각 측정하고, 단조쉘의 영상이미지에서 확인되는 픽셀의 개수와 크기에 따른 계산값을 변화되는 상기 거리(L1)(L2)에 따라 조정하여, 크기가 변화되는 단조쉘의 실제 외경 및 내경 치수로 환산하여 결정하는 제 10 단계;
    상기 거리측정수단의 레이저로 상기 단조쉘의 좌측 후면 끝단 및 우측 후면 끝단과 상기 제 1 및 제 2 영상입력장치 사이의 거리(L3)(L4)를 각각 측정하되, 상기 제 7 단계에서 구해진 제 3 원(C3)과 상기 제 4 단계에서 구해진 제 1 원(C1)의 중심 좌표를 지나는 직교축과의 교점을 상기 거리(L3)(L4)의 측정을 위한 측정위치로 결정하는 제 11 단계; 및
    상기 제 10 단계에서 측정된 거리인 L1,L2를 이용하여 제 1 및 제 2 영상입력장치와 단조쉘 사이의 평균 전면 거리를 계산하고, 상기 제 11 단계에서 측정된 거리인 L3,L4를 이용하여 제 1 및 제 2 영상입력장치와 단조쉘 사이의 평균 후면 거리를 계산하여, 상기 평균 전면 거리와 평균 후면 거리를 통해 단조쉘의 길이를 측정하는 제 12 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단조쉘의 치수 측정방법.
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