KR101230985B1

KR101230985B1 - 외관검사장치

Info

Publication number: KR101230985B1
Application number: KR1020100010118A
Authority: KR
Inventors: 나승우; 유필상
Original assignee: 주식회사 서울금속
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2013-02-07
Also published as: KR20110090381A

Abstract

본 발명은 검사대상(예를 들어, 금속 리드스크루(lead screw)와 같이 비교적 형상이 규칙적이고 빛에 대한 우수한 반사율을 가지는 막대형 부품)을 촬영하는 카메라, 역광을 제공하여 검사대상의 윤곽을 취득하게 하는 역광조명, 복수의 순광을 제공하여 빛의 반사에 의한 무늬를 취득하게 하는 순광조명, 카메라의 촬영 영상을 제공받아 검사대상의 윤곽과 무늬에 대한 관찰을 가능하게 하는 영상처리수단을 포함하는 외관검사장치를 제공한다.

Description

외관검사장치{Apparatus for Examining External of Object}

본 발명은 검사대상에 외관상의 결함이 있는지를 검사하는 데 사용되는 장치에 관한 것이다.

참고로, 본 발명에 의하여 검사할 수 있는 검사대상은 형상이 비교적 규칙적인 데다 빛에 대한 우수한 반사율을 가지는 물질로 이루어진 부품(work)이고, 바람직하게는 금속으로 이루어진 리드스크루(lead screw)이다.

비교적 규칙적인 형상 및 빛에 대한 높은 반사율을 가지는 부품의 한 종류로서 회전운동을 직선운동으로 전환하는 기계요소인 금속 리드스크루는 단조가공이나 절삭가공 및 전조가공에 의하여 제조되는데, 이 제조과정에서 리드스크루의 외관에는 버(burr)나 스크래치(scratch)와 같은 각종 결함이 생길 수 있다. 특히, 리드스크루는 그 외주에 수나사가 형성되는데,(도 1 참조) 수나사 부분에 결함이 생긴 리드스크루는 그 기능(운동 전환)을 원활히 이룰 수 없으므로 불량품으로 선별되어야 한다.

이전까지는, 리드스크루 등 검사대상에 대한 외관상의 불량검사는 그 대부분이 육안검사를 통하여 이루어졌다. 그러나 이런 식의 검사는 상당한 노동력과 시간을 요하는 데다, 검사원의 숙력도 등에 따라 검사결과가 결정되므로 검사결과를 일정하게 유지하는 것이 곤란하였다. 더군다나, 최근의 추세에 따르면, 리드스크루의 경우에는 적용대상의 소형화로 그 크기가 점차 작아지고 있는데, 이 점은 리드스크루의 육안검사를 더욱 어렵고 힘들게 하고 있다.

본 발명은 검사대상의 외관을 신속하고 정확하게 검사할 수 있는 외관검사장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 검사대상을 지지하는 지지기구와; 상기 지지기구에 의하여 지지된 검사대상을 촬영하는 카메라와; 상기 카메라에 의한 검사대상 촬영 시 순광을 복수 개 제공하되, 검사대상에서 반사되는 각 순광으로부터의 일부 빛은 상기 카메라의 시야로 입사되게 하여 검사대상에 무늬가 나타난 영상을 획득하게 하는 순광조명과; 상기 카메라로부터의 촬영 영상을 표시하는 디스플레이를 가지는 영상처리수단을 포함하는 외관검사장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 외관검사장치는 상기 카메라에 의한 검사대상의 촬영 시 역광을 제공하여 검사대상의 윤곽에 대한 영상을 획득하게 하는 역광조명을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 순광조명과 상기 역광조명은 상기 카메라에 의한 검사대상의 촬영 시 동시에 작동한다. 또, 상기 역광조명은 상기 지지기구에 의하여 지지된 검사대상을 사이에 두고 상기 카메라와 대향하도록 배치된다.

한편, 상기 검사대상은 금속의 리드스크루이고, 상기 지지기구는 상기 리드스크루의 양단부를 지지하며, 상기 카메라는 상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루의 둘레 측에 배치될 수 있다.

여기에서, 상기 지지기구는 상기 리드스크루의 양단부를 지지한 상태로 이 지지된 리드스크루를 회전시키는 회전식 지지기구일 수 있다.

또한, 상기 순광을 제공하는 복수의 광원은 상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루의 둘레 측에 위치한다. 그리고 상기 복수 개의 광원은 가동기구에 의하여 주변의 구조물에 상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루의 중심선을 기준으로 각각 각운동 가능하거나 동시에 각운동 가능하도록 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 외관검사장치는 상기 카메라에 의한 검사대상 촬영공간을 한정하여 이 촬영공간 주변으로부터의 빛 유입을 적어도 부분적으로 차단하는 하우징을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 검사대상을 지지하는 지지기구와; 상기 지지기구에 의하여 지지된 검사대상을 촬영하는 카메라와; 상기 카메라에 의한 검사대상 촬영 시 순광을 복수 개 제공하되, 검사대상에서 반사되는 각 순광으로부터의 일부 빛은 상기 카메라의 시야로 입사되게 하는 방식으로 검사대상에 규칙성을 가지는 무늬가 나타난 영상을 획득하게 하는 순광조명과; 상기 카메라로부터 촬영 영상을 제공받아 상기 무늬의 규칙성을 분석하고 분석 결과에 근거하여 검사대상의 불량 여부를 판단하는 영상처리수단을 포함하는 외관검사장치가 제공될 수도 있다.

본 발명은 검사의 신뢰성을 확보할 수 있는 등 검사대상의 외관에 대한 검사효율의 대폭적인 향상을 기대할 수 있다.

도 1은 일반적인 리드스크루가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 외관검사장치가 도시된 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 외관검사장치의 부품지지기구가 도시된 정면도이다.
도 4, 5는 본 발명에 따른 외관검사장치의 촬영기구에 의하여 촬영된 영상으로, 도 4는 순광조명 온(on)과 역광조명 오프(off) 시 촬영 영상을 나타내고, 도 5는 순광조명과 역광조명 모두 온 시의 촬영 영상을 나타낸다.
도 6은 도 4, 5에 도시된 흑백의 줄무늬가 규칙성을 갖추지 못한 예(불량)를 나타낸다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의를 위하여 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 이러한 용어에 대한 정의는 이 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

본 발명은 검사대상에 대한 영상을 획득하고 획득된 영상을 이용하여 검사대상에 버나 스크래치와 같은 외관상의 결함이 있는지를 검사하는 장치로, 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 의하여 검사할 수 있는 대상은 규칙적인 형상 및 빛에 대한 높은 반사율을 가지는 부품이라면 특별히 제한이 없으나, 주된 대상은 이와 같은 부품의 일종으로서 금속으로 이루어진 리드스크루이다. 이에, 여기에서는 이 금속 리드스크루를 예로 들어 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 외관검사장치가 도시된 구성도로, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 외관검사장치는 리드스크루(5)(이하, 도면부호의 병기는 생략한다)를 지지하는 부품지지기구(도 3 참조), 이 부품지지기구에 의하여 지지된 리드스크루를 촬영하는 촬영기구(도면부호 320, 330 및 340 참조) 및 이 촬영기구에 의하여 촬영된 영상을 처리하는 영상처리수단을 포함한다.

도 3은 부품지지기구가 도시된 정면도로, 도시된 바와 같이, 부품지지기구는 서로 짝을 이루어 리드스크루의 양단을 지지하는 두 개의 클램프(clamp)(250)를 포함한다. 도시된 바는 없으나, 부품지지기구는 프레임, 이 프레임 상의 좌우에 각각 좌우로 이동 가능하게 장착된 두 가동부재, 이 두 가동부재에 서로 간에 끝이 정면으로 마주하도록 각각 장착된 두 회전축, 이 두 회전축을 동시에 동일한 속도와 방향으로 회전시키는 축 구동수단을 더 포함한다.

여기에서, 두 회전축의 서로 마주하는 끝에는 클램프(250)가 각각 장착되어, 두 클램프(250) 또한 서로 대향한다. 축 구동수단은 모터를 포함할 수 있다. 두 가동부재는 가동부재 구동수단에 의하여 서로에 대하여 이격되었다 접근되었다 할 수 있고, 가동부재 구동수단은 공압 또는 유압을 이용하는 실린더를 포함할 수 있다.

이와 같은 부품지지기구는 두 클램프(250)에 의하여 리드스크루의 양단을 지지한 다음, 축 구동수단을 작동시키면 두 클램프(250)와 함께 리드스크루가 회전되고,(도 3의 (A) 참조) 두 클램프(250)에 의하여 양단이 지지된 리드스크루는 가동부재를 이동시켜 두 클램프(250)를 이격시키면 이 두 클램프(250)에 의한 지지가 해제된다.(도 3의 (B) 참조)

촬영기구는 카메라(320), 이 카메라(320)에 의한 리드스크루의 촬영 시 각각 순광과 역광을 제공하는 순광조명(330) 및 역광조명(340)을 포함한다. 구체적인 도시는 없으나, 이 카메라(320)나 순광조명(330)이나 역광조명(340)의 설치에는 별도의 프레임이 이용될 수 있음을 미리 밝혀 둔다.

카메라(320)는 두 클램프(250)에 의하여 양단이 지지되어 좌우방향으로 배치된 리드스크루로부터 상측으로 소정 높이 이격된 위치에서 이 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루를 촬영하되, 카메라(320)의 렌즈가 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루의 중심선과 수직을 이루도록 배치되어 이 리드스크루의 정면도에 해당하는 영상을 획득한다. 이 때, 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루부터의 이격 높이라 함은 리드스크루 전체를 촬영할 수 있는 위치를 말한다.

참고로, 카메라(320)로는 흑백 CCD(charge coupled device) 카메라로서 고속으로 연속하여 촬영할 수 있는 타입을 적용하였다.

순광조명(330)은 LED(light emitted diode) 광원을 구비하는 복수 개의 단위 조명(332)을 포함하여 카메라(320)에 의한 리드스크루의 촬영 시 카메라(320) 측에서 복수의 순광을 제공한다.

구체적으로, 복수의 단위 조명(332)은 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루의 둘레 측에 구비되는바, 이 지지된 리드스크루의 둘레방향을 따라 서로 이격(바람직하게는, 등간격으로 이격)되는 것과 동시에, 지지된 리드스크루의 중심선(회전중심)을 기준으로 동일 반경 상에 위치하도록 배치된다.

이와 같이 배치된 단위 조명(332)은 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루의 길이방향으로 길게 형성된다. 단위 조명(332)의 각 광원은 직선형으로 마련되고 지지된 리드스크루에 이 리드스크루의 길이를 따라 순광을 제공하도록 일정한 길이를 가진다. 이를 위하여, 단위 조명(332)은 광원을 각각 복수 개씩 구비할 수 있고, 단위 조명(332)마다의 광원은 일렬로 연속하도록 배치될 수 있다.

또한, 단위 조명(332) 모두는 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루와 정면으로 대향하여, 각 단위 조명(332)에서 조사되는 빛은 지지된 리드스크루에 입사된 후 반사되고, 이 리드스크루에서 반사되는 각 단위 조명(332)으로부터의 빛은 그 일부가 카메라(320)의 렌즈로 입사된다. 물론, 이렇게 리드스크루에서 반사되는 빛의 일부를 카메라(320)의 렌즈로 입사시키기 위한 제반 조건(예 : 지지된 리드스크루와 카메라(320)의 거리, 지지된 리드스크루와 단위 조명(332)의 거리 등)은 적절히 조정될 수 있다.

한편, 단위 조명(332)을 배치함에 있어, 배치된 각 단위 조명(332)이 리드스크루의 촬영을 위한 카메라(320)의 시야를 가리는 일은 마땅히 없어야 하겠다.

설명한 바와 같은 순광조명(330)에 의하면, 카메라(320)에 의한 촬영 영상으로는 리드스크루 측에 무늬가 나타난 영상이 획득된다. 이 때, 무늬의 형상은 단위 조명(332)의 배치 및 단위 조명(332)의 광원 형상에 따라 결정되는 것으로, 여기에서는 단위 조명(332)이 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루의 둘레방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 한편, 단위 조명(332)의 광원이 지지된 리드스크루의 길이방향을 따라 연장되는 긴 직선형이므로, 촬영 영상의 무늬는 단위 조명(332)의 광원 위치에 대응하여 각각 리드스크루의 길이방향으로 각각 폭이 일정한 직선형 백색 줄이 나타난다. 즉, 리드스크루에 흑백 줄이 규칙적으로 교호하는 줄무늬(백색 줄 사이는 흑색 줄이 된다)가 나타난 영상이 획득되는 것이다.(도 4, 도 5 참조)

역광조명(340)은 두 클램프(250)에 의하여 지지된 리드스크루를 사이에 두고 카메라(320)와 대칭을 이루는 대칭선 상에 배치됨으로써, 이 카메라(320)와 정면으로 대향하여 카메라(320)에 의한 리드스크루의 촬영 시 역광을 제공한다. 역광조명(340)으로도 순광조명(330)과 마찬가지로 LED 광원을 구비하는 타입을 적용하였다.

이러한 역광조명(340)에 따르면, 카메라(320)에 의하여 촬영된 리드스크루에 대한 영상은 리드스크루의 윤곽을 나타낸다.

영상처리수단은 디스플레이(도 4, 5 참조)를 포함하는데, 이 디스플레이에는 카메라(320)로부터의 신호가 영상으로 표시된다.

이에 따라, 사용자는 디스플레이에 표시되는 영상, 즉 카메라(320)에 의하여 촬영된 리드스크루에 대한 영상을 통하여 리드스크루의 외관을 검사할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이에 표시된 리드스크루의 윤곽을 통해서는 리드스크루의 나사부에 형상적 결함(나사산의 각도 불량, 부분적 손상 등)이 있는지를 확인할 수 있다. 또, 순광조명(330)에 의한 흑백의 줄무늬를 통해서는 버나 스크래치와 같은 표면적 결함이 있는지를 확인할 수 있는바, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

리드스크루에 생긴 버나 스크래치의 경우, 백색 줄 상에서는 흑색으로, 그리고 흑색 줄 상에서는 백색으로 각각 나타난다. 이 때, 백색 줄 상에서 버나 스크래치가 흑색으로 나타나는 이유는, 리드스크루에서 반사되는 각 단위 조명(332)으로부터의 일부 빛은 카메라(320)의 렌즈로 입사되어 백색 줄이 나타나게 하나, 이 백색 줄이 나타나게 하는 일부 빛 중 리드스크루에 생긴 버나 스크래치에서 반사되는 빛은 카메라(320)의 렌즈로 입사되지 않기 때문이다. 물론, 흑색 줄 상에서는 이와 반대되는 빛의 작용으로 버나 스크래치가 백색으로 나타난다.

촬영 각도 등에 따라서는 버나 스크래치가 백색이나 흑색 줄 상에서 동일한 색상으로 나타날 수도 있으나, 이는 리드스크루를 회전시키면서 여러 회 촬영(연속촬영)하여 색출해낼 수 있다. 즉, 리드스크루를 회전시키면, 이 리드스크루의 버나 스크래치의 위치가 이동되므로, 결국에는 백색이나 흑색 줄 상에서 이 버나 스크래치가 상반된 색상으로 나타난 영상을 획득할 수 있는 것이다.

리드스크루의 외관 검사는 위 같이 사용자가 직접 하지 않고 영상처리수단에 의하여 이룰 수 있다. 이를 위하여, 영상처리수단은 다음과 같이 구성될 수 있다.

리드스크루의 윤곽과 관련해서는, 카메라(320)로부터의 촬영 영상을 미리 저장하여 둔 기준영상과 비교하여, 일치할 시에는 양품으로 판단하고, 불일치할 시에는 불량품으로 판단하도록 구성될 수 있다.

순광조명(330)에 의한 흑백의 줄무늬와 관련해서는, 줄무늬의 규칙성을 분석하고 이 분석 결과에 근거하여 불량 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 이 때, 줄무늬의 규칙성이라 함은 백색이나 흑색의 줄이 버나 스크래치에 의하여 끊어지거나(도 6의 (A) 참조) 줄의 폭이 일정하지 않거나(도 6의 (B) 참조) 줄 안의 일부 색상이 상반된 것 등을 의미한다.

도 4, 5는 본 발명에 따른 외관검사장치의 촬영기구에 의하여 촬영된 영상으로, 도 4는 순광조명 온(on)과 역광조명 오프(off) 시 촬영 영상을 나타내고, 도 5는 순광조명과 역광조명 모두 온 시의 촬영 영상을 나타낸다.

순광조명(330)에 의한 무늬로서 줄의 개수와 폭은 단위 조명(332)의 개수 및 지지된 리드스크루와 단위 조명(332) 간의 이격거리 등에 따라 결정되나, 도 4, 도 5에서는 지름이 2.5mm인 리드스크루의 둘레 측에 약 5klux의 단위 조명(332)을 9개를 배치함으로써, 폭이 약 0.2mm인 백색 줄이 9개 나타나게 한 것이다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

5 : 리드스크루 250 : 부품지지기구의 클램프
320 : 카메라 330 : 순광조명
340 : 역광조명

Claims

리드스크루를 지지하는 지지기구와;
상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루를 촬영하는 카메라와;
상기 카메라에 의한 리드스크루의 촬영 시 순광을 복수 개 제공하되, 리드스크루에서 반사되는 각 순광으로부터의 일부 빛은 상기 카메라의 시야로 입사되게 하여 리드스크루에 무늬가 나타난 영상을 획득하게 하는 순광조명과;
상기 카메라로부터의 촬영 영상을 표시하는 디스플레이를 가지는 영상처리수단;을 포함하고,
상기 지지기구는 상기 리드스크루의 양단을 지지하고, 상기 지지기구는 상기 리드스크루의 양단을 지지하는 상태에서 이 지지된 리드스크루를 회전시키는 회전식 지지기구이며,
상기 카메라는 상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루의 둘레 측에 배치된 외관검사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 카메라에 의한 리드스크루의 촬영 시 역광을 제공하여 리드스크루의 윤곽에 대한 영상을 획득하게 하는 역광조명을 더 포함하는 외관검사장치.
청구항 2에 있어서,
상기 순광조명과 역광조명은 상기 카메라에 의한 리드스크루의 촬영 시 동시에 작동하는 외관검사장치.
청구항 2에 있어서,
상기 역광조명은 상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루를 사이에 두고 상기 카메라와 대향하도록 배치된 외관검사장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 순광을 제공하는 복수의 광원은 상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루의 둘레 측에 위치하는 외관검사장치.
리드스크루를 지지하는 지지기구와;
상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루를 촬영하는 카메라와;
상기 카메라에 의한 리드스크루의 촬영 시 순광을 복수 개 제공하되, 리드스크루에서 반사되는 각 순광으로부터의 일부 빛은 상기 카메라의 시야로 입사되게 하는 방식으로 리드스크루에 규칙성을 가지는 무늬가 나타난 영상을 획득하게 하는 순광조명과;
상기 카메라로부터 촬영 영상을 제공받아 상기 무늬의 규칙성을 분석하고 분석 결과에 근거하여 리드스크루의 불량 여부를 판단하는 영상처리수단을 포함하고,
상기 지지기구는 상기 리드스크루의 양단를 지지하고, 상기 지지기구는 상기 리드스크루의 양단을 지지하는 상태에서 리드스크루를 회전시키는 회전식 지지기구이며,
상기 카메라는 상기 지지기구에 의하여 지지된 리드스크루의 둘레 측에 배치된 외관검사장치.
제1항 또는 제8항에 있어서,
상기 지지기구는 프레임, 프레임 상의 좌우 양에 각각 좌우로 이동 가능하게 장착된 두 가동부재, 상기 두 가동부재에 서로 간에 끝이 정면으로 마주하도록 장착된 두 회전축, 상기 두 회전축을 동시에 동일한 속도와 방향으로 회전시키는 축 구동수단, 상기 두 회전축의 서로 마주하는 끝에 장착된 두 클램프를 포함하며,
상기 지지기구의 두 클램프는 두 가동부재에 의해 좌우 방향으로 접근 내지 이격됨에 따라 리드스크루의 양단부를 지지 내지 해제하고, 상기 두 클램프가 리드스크루의 양단부를 지지한 상태에서 축 구동수단이 구동함에 따라 리드스크루가 두 클램프와 함께 회전하는 외관검사장치.