KR101188696B1 - 권취 코일의 형상 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 권취 코일의 진원도 및 킹크(kink) 각도를 측정하기 위한 권취 코일 형상 측정 방법에 관한 것으로, 본 발명의 장치는, 권취 코일의 중심 좌표를 얻기 위해 권취 코일의 측면을 촬영하는 저해상도 카메라, 권취 코일의 중심 좌표를 중심점으로 권취 코일의 측면을 촬영하는 고해상도 카메라, 저해상도 및 고해상도 카메라를 상하좌우로 이동 가능하게 부착하고 저해상도 카메라에서 촬영된 영상에 기초하여 고해상도 카메라를 권취 코일의 중심 좌표로 이동시키는 직교좌표로봇, 고해상도 카메라를 통해 획득한 권취 코일 영상에 대한 영상처리과정을 수행하여 권취 코일에 대한 각 원의 코일별 진원도 및 킹크 각도를 측정하는 형상 측정부를 포함하여 구성되며, 이에 의해, 영상처리를 통해 권취 코일에 대한 내경의 진원도 및 킹크 각도를 용이하게 측정할 수 있고 이를 통해 권취 코일의 정량적 평가가 가능한 장점이 있다.
권취, 코일, 전원도, 킹크, 각도, 측정, 영상

Description

권취 코일의 형상 측정 방법{Method for inspecting shape of rolled coil}
본 발명은 권취 코일의 형상 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이동하는 권취된 코일의 측면 영상을 이용하여 권취 코일에 대한 진원도 및 킹크(kink) 각도를 측정할 수 있는 권취 코일의 형상 측정 방법에 관한 것이다.
영상을 이용하여 제품의 외관에 대한 검사 및 측정을 수행하는 머신비전(Machine Vision)기술은 최근 컴퓨터의 비약적 발전과 새로운 광학센서 등의 개발에 힘입어 인간 시각기능을 능가하는 수준으로 발전하고 있다. 1960년대 중반 일본 히타치에서 머신비전기술이 첫 산업용으로 응용된 이후 반도체, 자동차, 철강 등의 생산 공정뿐만 아니라, 문자인식, 과일 선별작업, 피자의 품질관리, 의료영상의 인식, 위성영상을 이용한 원격탐사 등에 적용되고 있다.
지난 수년간 개최되었던 비전분야의 대표적인 국제학술대회인 ICCV, ECCV, CVPR 등의 학회 중에서 가장 많은 논문의 증가가 있는 분야는 물체인식과 관련되어 있다. 구체적으로 살펴보면 인간상호작용(Human interaction)을 위한 사람의 제스처, 얼굴, 몸통 등의 인식과 바이오메트릭스를 이한 지문, 홍체 인식 등이 포함되어 있다. 지난 2007 CVPR 학술대회에서는 'Sensors and Early Vision'이 새로운 연구주제로 포함되어 기존의 픽셀단위의 Low level 영상처리 기법을 하드웨어적으로 구현하는 주제가 포함되어 연구되고 있다.
세계적으로 CMOS 기술은 과거에 비해 상당 수준까지 발전한 상태이며, 기존의 CCD와 비슷한 수준의 성능을 구현할 수 있다. 특히 CMOS 카메라는 일상생활 속에서도 응용할 수 있는 분야가 많고 CCD에 비해 저렴한 제품 가격을 형성하고 있어 머신 비전 응용분야에 많이 보급되고 있다.
다양한 산업 분야에 이용되고 있는 머신비전 기술은 권취된 코일에 대한 정량적 측정 평가를 위해 권취 코일의 형상을 측정하는 분야에도 적용될 수 있도록 시도되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 권취된 코일에 대한 정량적 측정 평가를 위한 권취 코일 형상 측정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 권취 코일의 각 원별 코일들에 대한 내경의 진원도 및 킹크 각도를 영상처리기술을 이용하여 측정할 수 있는 권취 코일 형상 측정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 권취 코일의 각 코일별 내경의 진원도 및 킹크 각도를 측정하여 권취 코일의 정량적 평가가 가능한 권취 코일 형상 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 권취 코일 형상 측정 장치는, 권취 코일의 측면에 대해 중심점을 기준으로 촬영하여 상기 권취 코일의 영상을 획득하는 카메라부; 및 획득한 상기 권취 코일 영상에 대한 영상처리과정을 수행하여 상기 권취코일에 대한 각 원의 코일별 진원도 및 킹크(kink)각도를 측정하는 형상 측정부;를 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 본 실시예의 권취 코일 형상 측정 장치는, 상기 카메라부를 상하좌우로 이동 가능하게 부착하고, 상기 카메라부가 상기 권취 코일의 중심점을 기준으로 촬영하도록 상기 카메라부의 이동을 제어하는 직교좌표로봇;을 더 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 상기 카메라부는, 움직이는 상기 권취 코일의 측면을 촬영하고, 촬영된 영상에 기초하여 상기 카메라부를 상기 권취 코일의 중심 좌표로 이동시키도록 상기 직교좌표로봇에 요청하는 제1 카메라부; 및 상기 직교좌표로봇에 의해 상기 제1 카메라부의 요청에 따라 상기 카메라부가 상기 권취 코일의 중심 좌표로 이동됨에 따라, 상기 권취 코일의 중심점을 기준으로 상기 권취 코일의 측면을 촬영하여 상기 형상 측정부에 제공하는 제2 카메라부를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제1 카메라부는 저해상도 카메라이고, 상기 제2 카메라부는 고해상도 카메라가 적용된다.
한편, 본 실시예에서 상기 형상 측정부에 의한 상기 영상처리과정은, 촬영된 상기 권취 코일 영상에 대해 왜곡을 보정하고 잡음을 제거하는 영상 전처리를 수행하고, 상기 전처리된 영상으로부터 각 원의 코일별 이진화를 위한 임계값을 도출하여 영상 이진화 작업을 통해 상기 권취 코일 영상에 대한 윤곽선을 추출하며, 상기 윤곽선이 추출된 영상으로부터 원을 구성하는 각 코일 영상별 좌표값을 검출하는 과정을 포함한다.
또한, 본 실시예에서 상기 형상 측정부에 의한 상기 진원도 측정은, 상기 권취 코일 영상으로부터 상기 원을 구성하는 각 코일 영상별 좌표값에 기초하여 수학식 "
Figure 112009081786328-pat00001
(여기서, A는 장축, B는 단축)"을 통해 상기 각 코일 별로 상기 진원도를 측정한다.
본 실시예에서 상기 형상 측정부에 의한 상기 킹크 각도 측정은, 상기 권취 코일 영상의 중심점을 기준으로 상기 권취 코일 영상으로부터 상기 원을 구성하는 각 코일 영상별 좌표값 간의 거리를 산출하여 1차원 그래프로 표시하고, 상기 1차원 그래프에서 상기 중심점을 기준으로 킹크 시작점과 킹크 끝점 간의 교차점에 대한 기울기를 수학식 "
Figure 112009081786328-pat00002
(여기서, m1은 킹크 시작점 직선 기울기, m2는 킹크 끝점 직선 기울기)"를 통해 산출하며, 산출된 상기 교차점에 대한 기울기로부 터 상기 교차점에 의해 형성된 내각(θ)인 상기 킹크 각도를 수학식 "
Figure 112009081786328-pat00003
(여기서, m1은 킹크 시작점 직선 기울기, m2는 킹크 끝점 직선 기울기)"를 통해 산출하여 상기 각 코일별로 상기 킹크 각도를 측정한다.
본 발명에 따르면, 권취 코일의 중심 좌표를 얻기 위해 권취 코일의 측면을 촬영하는 저해상도 카메라와 권취 코일의 중심 좌표를 중심점으로 권취 코일의 측면을 촬영하는 고해상도 카메라를 상하좌우 이동이 가능하게 직교좌표로봇에 부착하고 직교좌표로봇이 저해상도 카메라에서 촬영된 영상에 기초하여 고해상도 카메라를 권취 코일의 중심 좌표로 이동시키면 고해상도 카메라를 통해 권취 코일 영상을 촬영하여 형상 측정부를 통해 이에 대한 영상처리과정을 수행함으로써, 권취 코일에 대한 각 원의 코일별 진원도 및 킹크 각도를 용이하게 측정할 수 있고 이를 통해 권취 코일의 정량적 평가가 가능한 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 처리를 통해 코일의 진원도 및 킹크(kink) 각도 측정이 가능한 권취 코일 형상 측정 장치를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 권취 코일 형상 측정 장치는, 권취 코일(10), 직교좌표로봇(110), 카메라부(120), 투광부(130), 및 형상 측정부(140)를 포함하여 구성된다.
권취 코일(10)은 중심점을 기준으로 일정한 원을 형성하고 형성된 원의 외주면을 따라 원형으로 권취된 코일을 말한다.
직교좌표로봇(110)은 카메라부(120)를 상하좌우로 이동 가능하게 부착하고, 직교좌표 내에서 카메라부(120)를 이동시킨다. 직교좌표로봇(110)은 움직이는 권취 코일(10)의 크기가 다르기 때문에 카메라부(120)를 권취 코일(10)의 중심으로 이동시키기 위해 직교좌표 내에서 상하좌우로 이동한다.
카메라부(120)는 권취 코일(10)의 측면에 대해 중심점(20)을 기준으로 촬영하여 권취 코일(10)의 영상을 획득한다. 본 실시예에서, 직교좌표로봇(110)은 카메라부(120)가 권취 코일(10)의 중심점(20)을 기준으로 촬영하도록 카메라부(120)의 이동을 제어한다.
투광부(130)는 카메라부(120)에 의해 촬영되는 권취 코일(10)의 측면을 향해 백색 지속광을 조명으로 조사한다.
형상 측정부(140)는 카메라부(120)에서 획득한 권취 코일(10)의 영상에 대한 영상처리과정을 수행하여 권취 코일(10)에 대한 각 원의 코일별 진원도 및 킹크(kink)각도를 측정한다. 여기서, 진원이란 중심점을 기준으로 반지름이 동일한 길이를 갖는 이상적인 동그란 원을 말하고, 진원도는 이상적인 동그란 원에 가까운 정도를 나타낸다. 킹크란 코일의 강판이 뒤틀어지거나 꼬여 심하게 접히고 굽힘을 일으킨 상태를 말하고, 킹크 각도는 코일 강판이 굽혀짐에 따라 코일에 형성되는 각도를 나타낸다.
본 실시예에서 카메라부(120)는, 제1 및 제2 카메라로 구성될 수 있는데, 제1 카메라는 권취 코일(10)의 중심점(20)을 추적하기 위한 영상을 촬영하는 기능을 수행하고, 제2 카메라는 권취 코일(10)의 코일 진원도 및 킹크 각도를 측정하기 위한 영상을 촬영하는 기능을 수행도록 구성할 수 있다.
이에 따라, 제1 카메라는 움직이는 권취 코일(10)의 측면을 촬영하고, 촬영된 영상에 기초하여 카메라부(120)를 권취 코일(10)의 중심 좌표(20)로 이동시키도록 직교좌표로봇(110)에 요청한다.
제2 카메라는 직교좌표로봇(110)에 의해 제1 카메라의 요청에 따라 카메라부(120)가 권취 코일(10)의 중심 좌표(20)로 이동됨에 따라, 권취 코일(10)의 중심점(20)을 기준으로 권취 코일(10)의 측면을 촬영하여 형상 측정부(140)에 제공한다.
본 실시예에서 제1 카메라부는 저해상도 카메라가 적용되고, 제2 카메라부는 고해상도 카메라가 적용된다.
본 실시예에서 형상 측정부(140)는 제2 카메라를 통해 촬영된 고해상도의 권취 코일 영상에 대한 영상처리과정을 통해 최종적으로 권취 코일(10)이 변형된 형상인 짱구코일의 진원도 및 킹크 코일의 각도를 측정한다. 여기서 짱구코일은 일반적으로 열간 상태로 압연되는 코일을 권취할 때 발생하는 권취 불량으로 인한 변 형, 이송 컨베이어에 이송도중 진동 등에 의한 휨 또는 냉각장소에서 층을 형성하여 코일을 적취할 때 상부에 적재되는 코일의 중량에 의해 눌려지거나 충격 등에 의해 변형이 발생한다.
본 실시예에서 형상 측정부(140)에 의해 수행되는 권취 코일 영상에 대한 영상처리과정은 도 2와 같은 3단계를 통해 수행된다.
첫 번째 단계에서는, 형상 측정부(140)가 제2 카메라를 통해 촬영된 권취 코일 영상(50,60)에 대해 왜곡을 보정하고 잡음을 제거하는 영상 전처리를 수행한다(S110). 여기서, 왜곡 보정은 형상 측정부(140)가 권취 코일 영상에 대해 사전에 계산된 보정값을 추가하여 영상의 왜곡 현상을 보정하여 보정된 영상으로 재구성한다. 잡음 제거는 형상 측정부(140)가 왜곡 현상 보정 후 왜곡이 보정된 영상 주변에 삽입되어 있는 잡음들을 제거하기 위해 양방향 필터(Bilateral Filter: BF)를 사용하여 픽셀간 삽입되어 있는 잡음들을 제거한다.
두 번째 단계에서는, 형상 측정부(140)가 전처리된 영상으로부터 각 원의 코일별 이진화를 위한 임계값을 도출하여 영상 이진화 작업을 통해 권취 코일 영상에 대한 윤곽선을 추출한다(S120). 형상 측정부(140)는 임계값을 도출할 때, 코일의 온도 편차에 따라서 코일의 에지(edge) 형상이 상이하기 때문에, 각 코일마다 최적의 이진화 임계값(threshold value)을 도출하기 위해서 'Otsu's Method'를 이용하여 매 코일마다 다른 임계값을 도출한다. 또한 본 실시예에서 영상 이진화 작업은 'chain code'알고리즘이 사용된다.
세 번째 단계에서는, 형상 측정부(140)가 윤곽선이 추출된 영상으로부터 원 을 구성하는 모든 코일 각각의 영상별 좌표값을 검출한다(S130). 이를 위해 형상 측정부(140)는 원형 허프 변환(Circular Hough Transform: CHT) 기법을 이용한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 형상 측정부(140)에서 짱구코일의 진원도를 측정하기 위한 원리를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에서 형상 측정부(140)는 코일(짱구코일)의 진원도를 측정하기 위해, 권취 코일(10)의 내주면을 포함하는 촬영 영역(30)이 촬영된 영상(30a)으로부터 내주면의 장축(A)과 단축(B) 길이정보를 이용한다. 즉, 형상 측정부(140)는 아래 수학식 1을 이용하여 권취 코일 영상으로부터 원을 구성하는 각 코일 영상별 좌표값에 기초한 각 코일 별로 진원도를 측정한다.
Figure 112009081786328-pat00004
여기서, A는 장축, B는 단축
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형상 측정부(140)에서 킹크코일의 킹크 각도를 측정하기 위한 원리를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에서 형상 측정부(140)는 권취 코일 영상의 중심점을 기준으로 권취 코일 영상으로부터 원을 구성하는 각 코일 영상(40)별 좌표값 간의 거리를 산출하여 1차원 그래프(40a)로 표시한다.
이때 형상 측정부(140)는 1차원 그래프에서 중심점을 기준으로 킹크 시작점(42)과 킹크 끝점(44) 간의 교차점에 대한 기울기(tanθ)를 아래 수학식 2를 이 용하여 산출한다.
Figure 112009081786328-pat00005
여기서, m1은 킹크 시작점 직선 기울기, m2는 킹크 끝점 직선 기울기
이후 형상 측정부(140)는 산출된 교차점에 대한 기울기로부터 교차점에 의해 형성된 내각(θ)인 킹크 각도를 아래 수학식 3을 통해 산출하여 각 코일별로 킹크 각도를 측정한다.
Figure 112009081786328-pat00006
여기서, m1은 킹크 시작점 직선 기울기, m2는 킹크 끝점 직선 기울기
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 짱구 코일에 대해 진원도 측정 과정에서 얻어지는 영상의 예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 제2 카메라에 의해 촬영된 짱구 코일 원본 영상(50)은 형상 측정부(140)에서 이진화 작업을 통해 이진화 영상(52)을 얻고, 윤곽선 추출 과정을 통해 윤곽선 영상(54)을 얻으며, 내부 원 좌표값 검출을 통해 짱구가 발생한 코일 원 영상(56)을 얻게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 킹크 코일에 대한 킹크 각도 측정 과정에서 얻어지는 영상의 예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 제2 카메라에 의해 촬영된 킹크 코일 원본 영상(60)은 형 상 측정부(140)에서 이진화 작업을 통해 이진화 영상(62)을 얻고, 윤곽선 추출 과정을 통해 윤곽선 영상(64)을 얻으며, 내부 원 좌표값 검출을 통해 킹크가 발생한 코일 원 영상(66)을 얻게 된다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 처리를 통해 코일의 진원도 및 킹크(kink) 각도 측정이 가능한 권취 코일 형상 측정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 형상 측정부(140)에 의해 수행되는 권취 코일 영상에 대한 영상처리과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 형상 측정부에서 짱구코일의 진원도를 측정하기 위한 원리를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형상 측정부에서 킹크코일의 킹크 각도를 측정하기 위한 원리를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 짱구 코일에 대해 진원도 측정 과정에서 얻어지는 영상의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 킹크 코일에 대한 킹크 각도 측정 과정에서 얻어지는 영상의 예를 도시한 도면이다.

Claims (7)

  1. 권취 코일 형상 측정 방법에 있어서,
    카메라부에 의하여 상기 권취 코일의 측면에 대해 중심점을 기준으로 촬영하여 상기 권취 코일의 영상을 획득하는 단계;
    상기 카메라부로부터 획득한 상기 권취 코일 영상에 대해 왜곡을 보정하고 잡음을 제거하는 영상 전처리를 수행하는 단계;
    상기 전처리된 영상으로부터 각 원의 코일별 이진화를 위한 임계값을 도출하여 영상 이진화 작업을 통해 상기 권취 코일 영상에 대한 윤곽선을 추출하는 단계; 및
    상기 윤곽선이 추출된 영상으로부터 원을 구성하는 각 코일 영상별 좌표값을 검출하는 단계; 및 상기 각 코일 영상별 좌표값으로부터 상기 권취 코일에 대한 각 원의 코일별 진원도 및 킹크(kink)각도를 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 권취 코일 형상 측정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 권취 코일의 영상을 획득하는 단계는,
    상기 카메라부를 상하좌우로 이동 가능하게 부착한 직교좌표로봇이 상기 카메라부가 상기 권취 코일의 중심점을 기준으로 촬영하도록 상기 카메라부의 이동을 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 권취 코일 형상 측정 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 카메라부는 제1 카메라부와 제2 카메라부로 이루어지고,
    상기 제1 카메라부는 움직이는 상기 권취 코일의 측면을 촬영하고, 촬영된 영상에 기초하여 상기 카메라부를 상기 권취 코일의 중심 좌표로 이동시키도록 상기 직교좌표로봇에 요청하고,
    상기 제2 카메라부는 상기 직교좌표로봇에 의해 상기 제1 카메라부의 요청에 따라 상기 카메라부가 상기 권취 코일의 중심 좌표로 이동됨에 따라, 상기 권취 코일의 중심점을 기준으로 상기 권취 코일의 측면을 촬영하는 것을 특징으로 하는 권취 코일 형상 측정 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 카메라부는 저해상도 카메라이고, 상기 제2 카메라부는 고해상도 카메라인 것을 특징으로 하는 권취 코일 형상 측정 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 진원도 측정은,
    상기 권취 코일 영상으로부터 상기 원을 구성하는 각 코일 영상별 좌표값에 기초하여 수학식 "
    Figure 112012017678163-pat00007
    (여기서, A는 장축, B는 단축)"을 통해 상기 각 코일 별로 상기 진원도를 측정하는 것을 특징으로 하는 권취 코일 형상 측정 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 킹크 각도 측정은,
    상기 권취 코일 영상의 중심점을 기준으로 상기 권취 코일 영상으로부터 상기 원을 구성하는 각 코일 영상별 좌표값 간의 거리를 산출하여 1차원 그래프로 표시하고,
    상기 1차원 그래프에서 상기 중심점을 기준으로 킹크 시작점과 킹크 끝점 간의 교차점에 대한 기울기를 수학식 "
    Figure 112012017678163-pat00008
    (여기서, m1은 킹크 시작점 직선 기울기, m2는 킹크 끝점 직선 기울기)"를 통해 산출하며,
    산출된 상기 교차점에 대한 기울기로부터 상기 교차점에 의해 형성된 내각(θ)인 상기 킹크 각도를 수학식 "
    Figure 112012017678163-pat00009
    (여기서, m1은 킹크 시작점 직선 기울기, m2는 킹크 끝점 직선 기울기)"를 통해 산출하여 상기 각 코일별로 상기 킹크 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 권취 코일 형상 측정 방법.
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