KR101413511B1 - System for measuring thickness - Google Patents

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KR101413511B1
KR101413511B1 KR1020130145873A KR20130145873A KR101413511B1 KR 101413511 B1 KR101413511 B1 KR 101413511B1 KR 1020130145873 A KR1020130145873 A KR 1020130145873A KR 20130145873 A KR20130145873 A KR 20130145873A KR 101413511 B1 KR101413511 B1 KR 101413511B1
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laser
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박종현
김대광
이상수
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컨트롤코리아 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a thickness measuring system. More specifically, the thickness measuring system fixes a first laser sensor set and a second laser sensor set, in which a plurality of laser sensors is arranged in a row, at a specific position on a production line and measures the thickness of an object while the object processed by moving on the production line passes through between the first laser sensor set and the second laser sensor set by a conveyor belt so as to block the intervention of a variable according to the movement of the laser sensor and ensure the accuracy of the measurement. Further, an average filter algorithm unit embedded in an embedded controller overlaps a virtual window on a data signal measured from the laser sensor and sets the virtual window as an algorithm computation area so as to remove noise and maximize the reliability of a measured value.

Description

두께 측정 시스템{System for measuring thickness}System for measuring thickness

본 발명은 두께 측정 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 복수개의 레이저 센서가 일렬로 배치된 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트를 생산 라인 상의 특정 위치에 고정시키고, 생산 라인 상을 이동하면서 가공되는 측정대상 물체가 움직여 컨베이어 벨트에 의해 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트 사이를 통과하면서 측정대상 물체의 두께를 측정하므로, 레이저 센서의 움직임에 따른 변수의 개입을 원천적으로 차단함으로써 측정의 정확도를 담보할 수 있으며, 임베디드 컨트롤러에 내장된 평균필터 알고리즘부가 레이저 센서로부터 측정된 데이터 신호에 가상의 윈도우를 중첩(convolution)시켜, 가상의 윈도우를 알고리즘 연산영역으로 설정함으로써 노이즈를 제거하여 측정값의 신뢰도를 극대화할 수 있는 두께 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a thickness measurement system. More specifically, a first laser sensor set and a second laser sensor set in which a plurality of laser sensors are arranged in a line are fixed at specific positions on a production line, and a moving object to be processed moves while moving on a production line, The thickness of the object to be measured is measured while passing between the first laser sensor set and the second laser sensor set so that the intervention of the variable according to the movement of the laser sensor is originally blocked to ensure the accuracy of measurement, The average filter algorithm built in the thickness measuring unit can be used to maximize the reliability of measured values by eliminating noise by setting a virtual window to an algorithm operation region by convoluting a virtual window with a data signal measured from a laser sensor ≪ / RTI >

생산라인에서 물체의 두께를 실시간으로 정확히 측정하는 것은 공장 자동화 및 품질 검사에서 매우 중요한 과제이다. Accurately measuring the thickness of an object in real time on a production line is a very important task in factory automation and quality inspection.

두께 측정 방식은 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분된다.The thickness measurement method is divided into contact type and non-contact type.

광학식 두께 및 거리 측정 기술은 원격, 비접촉식으로 측정하므로 대상체에 영향을 미치지 않으며, 고속 및 고정밀 측정이 가능하여 실용성이 높은 관계로 다양한 장치가 개발되어 왔다.Optical thickness and distance measurement technology is remote and non-contact measurement, so various devices have been developed due to high practicality since high speed and high precision measurement can be performed without affecting the object.

일반적인 광학식 두께 측정 장치는 측정 대상체의 상면과 하면에 각각 레이저 삼각 측정 방식의 거리측정 장치를 설치하여, 그 상대적인 거리를 측정하는 방식을 사용하고 있다.A typical optical thickness measuring apparatus uses a method of measuring the relative distance by installing a distance measuring apparatus of the laser triangulation method on the upper and lower surfaces of the measuring object, respectively.

도 1은 일반적인 광학식 두께 측정 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a general optical thickness measuring apparatus.

도 1을 참조하면, 측정대상 물체의 윗면과 아래면에 각각 레이저 거리 측정 장치를 설치하고, 그 측정 장치에서의 물체면까지의 거리를 동시에 측정하여 물체의 두께를 산출하게 된다.1, a laser distance measuring device is provided on the upper and lower surfaces of an object to be measured, and the distance to the object surface in the measuring device is simultaneously measured to calculate the thickness of the object.

그러나, 이러한 광학식 두께 측정 장치는 측정대상 물체가 생산라인에서 연속적으로 이동하는 관계로, 측정대상 물체와 레이저 발광부가 함께 움직이는 방식으로 구현된 것이 대부분이다. 측정대상 물체와 레이저 발광부가 함께 움직이게 되면 여러 변수가 개입되어 측정의 정확도가 저하되는 문제점이 있다.However, most of such optical thickness measuring apparatuses are implemented in such a manner that the object to be measured and the laser emitting unit move together because the object to be measured moves continuously in the production line. When the object to be measured and the laser emitting unit move together, various parameters interfere and the accuracy of the measurement is deteriorated.

또한, 레이저 거리 측정 장치의 센서에 의해 측정된 측정값은 진동 및 기타 요인에 의한 센서의 불필요한 노이즈를 포함하고 있어, 알고리즘에 의해 이를 적절하게 필터링하여야 한다. 그러나, 일반적인 광학식 두께 측정 장치에 관하여 개시된 선행기술들에는 이러한 내용을 개시하고 있지 않아 측정값의 신뢰도를 담보할 수 없는 문제점이 있다.In addition, the measurement value measured by the sensor of the laser distance measuring apparatus includes unnecessary noise of the sensor due to vibration and other factors, and it should be appropriately filtered by an algorithm. However, the prior art disclosed in the general optical thickness measuring apparatus does not disclose such contents, and there is a problem that the reliability of measured values can not be secured.

선행기술문헌 : 미국등록특허공보 제5,210,593호(1993.5.11.공고)Prior Art Document: U.S. Patent No. 5,210,593 (issued Nov. 5, 1993)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 산업현장에서 생산라인 상에서 움직이는 측정대상 물체의 두께 측정에 있어 변수의 개입을 방지하고, 측정값을 필터링하여 측정과정에서 발생한 노이즈를 제거함으로써 측정의 정확도와 신뢰도를 확보할 수 있는 두께 측정 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to prevent intervention of a variable in thickness measurement of an object moving on a production line in an industrial field, And to provide a thickness measuring system capable of ensuring accuracy and reliability of measurement.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 두께 측정 시스템은 레이저 센서들이 서로 이격되어 지면에 평행하도록 일렬로 복수개 배치되며, 각 레이저 센서는 레이저 발광부와 레이저 수광부를 구비하는 제1 레이저 센서 세트; 제1 레이저 센서 세트와 수직 방향으로 이격되어 제1 레이저 센서 세트를 이루는 레이저 센서의 개수와 동일하도록 상하 일대일로 배치되며, 레이저 센서들이 지면에 평행하도록 상호 간에 이격되어 일렬로 복수개 배치되고 각 레이저 센서는 레이저 발광부와 레이저 수광부를 구비하는 제2 레이저 센서 세트; 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트 사이의 높이에 위치하고, 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트에서 방출되는 레이저가 동일한 직선상에 놓이도록 하며, 측정대상 물체를 이동시키는 컨베이어 벨트; 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트로부터 동기화된 측정값을 입력받아 거리 정보를 가공하여 측정대상 물체의 두께를 계산하되, 산업현장에서의 진동을 포함한 외부요인에 의한 레이저 센서의 노이즈를 제거하는 평균필터 알고리즘부를 구비하는 임베디드 컨트롤러를 포함하는 현장 모니터링부; 및 현장 모니터링부와 연결되어 원격지에서 측정결과를 그래프로 표시하는 원격 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a thickness measuring system according to the present invention is characterized in that a plurality of laser sensors are arranged in a line so as to be spaced apart from each other and parallel to the surface of the sheet. Each laser sensor includes a first laser sensor set ; A plurality of laser sensors arranged in a line and spaced apart from one another such that the laser sensors are parallel to the paper surface, A second laser sensor set having a laser emitting portion and a laser receiving portion; A conveyor belt positioned at a height between the first laser sensor set and the second laser sensor set such that the laser emitted from the first laser sensor set and the second laser sensor set lies on the same straight line and moves the object to be measured; The synchronized measurement values from the first laser sensor set and the second laser sensor set are received and the distance information is processed to calculate the thickness of the object to be measured. The noise of the laser sensor due to external factors including vibration in the industrial field is eliminated An on-the-spot monitoring unit including an embedded controller having an average filter algorithm unit for performing a filtering process; And a remote monitoring unit connected to the field monitoring unit and displaying a measurement result at a remote place in a graph.

또한, 평균필터 알고리즘부는 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트에서 측정된 데이터 신호에 가상의 윈도우를 중첩(convolution)시켜, 가상의 윈도우를 알고리즘 연산영역으로 설정함으로써 노이즈를 제거할 수 있다.In addition, the average filter algorithm unit can remove noise by convoluting a virtual window on the data signal measured in the first laser sensor set and the second laser sensor set, and setting a virtual window in the algorithm calculation area.

또한, 가상의 윈도우는 사각형 형태로 설정되며, 가로축을 측정대상 물체가 위치한 시점(..., t-2, t-1, t, t+1,...)으로 하고 세로축을 측정된 두께값으로 잡았을 때 각 시점간 사이즈인 윈도우 크기(s)와, 측정된 데이터 신호의 허용 편차이며 윈도우의 세로길이에 해당하는 윈도우 편차(a)를 설정할 수 있다.T-1, t, t + 1, ...) at which the object to be measured is located and the vertical axis represents the measured thickness The window size (s), which is the size between the respective viewpoints when taken as a value, and the window deviation (a), which is the allowable deviation of the measured data signal and corresponds to the vertical length of the window.

또한, 가상의 윈도우의 가로길이에 해당하는 전체 윈도우 사이즈는 (s+2)로 계산되고, 평균필터 알고리즘부는 기준 시점의 진폭보다 편차가 크면 노이즈로 간주하여 제거할 수 있다.Further, the total window size corresponding to the horizontal length of the virtual window is calculated as (s + 2), and the average filter algorithm section can be regarded as noise and removed if the deviation is larger than the amplitude of the reference time point.

또한, 평균필터 알고리즘부의 측정값 계산은, 전체 윈도우 사이즈 수만큼 측정값을 사전에 메모리에 저장하고, 순차적으로 메모리에 저장된 측정값이 윈도우 크기만큼 저장되면 윈도우를 이동하면서 평균값을 계산하되, t위치의 측정값이 t-1의 (평균값+a)보다 크면 t+1의 측정값을 확인하여 t-1의 (평균값+a)보다 크면 t위치의 측정값이 노이즈가 아니라고 판단하여 계속 진행하고, 그렇지 않으면 t의 값을 t-1의 값으로 바꿈으로써 t위치의 측정값을 노이즈로 간주하여 제거할 수 있다.The average filter algorithm unit calculates the average value by moving the window when the measured values stored in the memory are sequentially stored in the memory, If the measured value of t is larger than (average value + a) of t-1, the measured value of t + 1 is checked and if it is larger than (average value + a) of t-1, it is determined that the measured value of t is not noise, Otherwise, by replacing the value of t with the value of t-1, the measured value at the t position can be regarded as noise and removed.

본 발명에 의하면 복수개의 레이저 센서가 일렬로 배치된 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트를 생산 라인 상의 특정 위치에 고정시키고, 생산 라인 상을 이동하면서 가공되는 측정대상 물체가 움직여 컨베이어 벨트에 의해 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트 사이를 통과하면서 측정대상 물체의 두께를 측정하므로, 레이저 센서의 움직임에 따른 변수의 개입을 원천적으로 차단함으로써 측정의 정확도를 담보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a first laser sensor set and a second laser sensor set in which a plurality of laser sensors are arranged in a line are fixed at specific positions on a production line, and a moving object to be processed moves while moving on a production line, The thickness of the object to be measured is measured while passing between the first laser sensor set and the second laser sensor set so that the intervention of the variable according to the movement of the laser sensor is originally blocked so that the accuracy of the measurement can be secured .

또한, 본 발명에 의하면 임베디드 컨트롤러에 내장된 평균필터 알고리즘부가 레이저 센서로부터 측정된 데이터 신호에 가상의 윈도우를 중첩(convolution)시켜, 가상의 윈도우를 알고리즘 연산영역으로 설정함으로써 노이즈를 제거하여 측정값의 신뢰도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the average filter algorithm built in the embedded controller convolutes a virtual window to a data signal measured from a laser sensor, and sets a virtual window to an algorithm calculation area to remove noise, The reliability can be maximized.

도 1은 일반적인 광학식 두께 측정 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두께 측정 시스템의 사시도,
도 3은 도 2의 정면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두께 측정 시스템의 전체 구성도,
도 5는 도 4 중 임베디드 컨트롤러의 평균필터 알고리즘부에서 필터를 설정하는 화면,
도 6은 임베디드 컨트롤러가 측정 데이터 신호를 입력받아 평균필터 알고리즘부에서 윈도우가 설정된 예시를 도시한 화면,
도 7은 임베디드 컨트롤러의 평균필터 알고리즘부에서 노이즈를 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a structural view of a general optical thickness measuring apparatus,
2 is a perspective view of a thickness measurement system according to a preferred embodiment of the present invention,
Fig. 3 is a front view of Fig. 2,
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a thickness measurement system according to a preferred embodiment of the present invention;
FIG. 5 shows a screen for setting a filter in an average filter algorithm unit of the embedded controller in FIG. 4,
6 is a view showing an example in which an embedded controller receives a measurement data signal and a window is set in an average filter algorithm unit,
7 is a diagram for explaining a process of removing noise from the mean filter algorithm unit of the embedded controller.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두께 측정 시스템의 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두께 측정 시스템의 전체 구성도이다. 도 5는 도 4 중 임베디드 컨트롤러의 평균필터 알고리즘부에서 필터를 설정하는 화면이고, 도 6은 임베디드 컨트롤러가 측정 데이터 신호를 입력받아 평균필터 알고리즘부에서 윈도우가 설정된 예시를 도시한 화면이며, 도 7은 임베디드 컨트롤러의 평균필터 알고리즘부에서 노이즈를 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a perspective view of a thickness measurement system according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 3 is a front view of FIG. 2, and FIG. 4 is an overall configuration diagram of a thickness measurement system according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 5 is a screen for setting a filter in the average filter algorithm part of the embedded controller in FIG. 4, FIG. 6 is a screen showing an example in which a window is set in the average filter algorithm part after the embedded controller receives the measurement data signal, Is a diagram for explaining a process of removing noise from the mean filter algorithm section of the embedded controller.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두께 측정 시스템은, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 레이저 센서 세트(2), 제2 레이저 센서 세트(4), 컨베이어 벨트(6), 롤러(8), 현장 모니터링부(10), 배전반(18), 및 원격 모니터링부(20)를 포함하여 이루어진다.2 to 4, a thickness measuring system according to a preferred embodiment of the present invention includes a first laser sensor set 2, a second laser sensor set 4, a conveyor belt 6, a roller 8, A field monitoring unit 10, an electric distribution board 18, and a remote monitoring unit 20.

제1 레이저 센서 세트(2)는 레이저 센서들이 서로 이격되어 지면에 평행하도록 일렬로 복수개 배치되며, 각 레이저 센서는 레이저 발광부와 레이저 수광부를 구비한다.The first laser sensor set 2 is disposed in a plurality of rows in parallel so that the laser sensors are spaced apart from each other, and each laser sensor has a laser emitting portion and a laser receiving portion.

제2 레이저 센서 세트(4)는 제1 레이저 센서 세트(2)와 수직 방향으로 이격되어 제1 레이저 센서 세트(2)를 이루는 레이저 센서의 개수와 동일하도록 상하 일대일로 배치된다. 제2 레이저 센서 세트(4)도 제1 레이저 센서 세트(2)와 마찬가지로 레이저 센서들이 지면에 평행하도록 상호 간에 이격되어 일렬로 복수개 배치되고, 각 레이저 센서는 레이저 발광부와 레이저 수광부를 구비한다.The second laser sensor set 4 is arranged vertically one on the other so as to be equal to the number of laser sensors which are vertically spaced from the first laser sensor set 2 and constitute the first laser sensor set 2. Similarly to the first laser sensor set 2, the second laser sensor set 4 has a plurality of laser sensors spaced from each other so as to be parallel to the paper surface, and each laser sensor has a laser emitting part and a laser light receiving part.

여기서, 제1 레이저 센서 세트(2)를 이루는 각 레이저 센서들은 제2 레이저 센서 세트(4)를 이루는 각 레이저 센서들과 서로 마주보도록 배치되며, 제1 레이저 센서 세트(2)의 어느 한 레이저 센서는 동일한 수직선상에 위치하는 제2 레이저 센서 세트(4)의 레이저 센서와 한 조를 이루어 측정대상 물체의 두께를 측정하게 된다.Here, each of the laser sensors constituting the first laser sensor set 2 is arranged to face each laser sensor constituting the second laser sensor set 4, and one of the laser sensors of the first laser sensor set 2 Is a combination of the laser sensor of the second laser sensor set 4 positioned on the same vertical line to measure the thickness of the object to be measured.

도면에는 제1 레이저 센서 세트(2)와 제2 레이저 센서 세트(4)가 각각 6개의 레이저 센서로 구성되어, 총 12개의 레이저 센서로 구성된 예가 도시되어 있다. 이 경우 상하 2개의 센서가 한 쌍으로 구성되어 측정대상 물체의 두께를 측정하므로, 총 6개의 포인트(point)를 감지하게 된다. 일례로, 각 레이저 센서들은 RS485 공용통신선을 사용할 수 있으며, 여기서 레이저 센서의 통신방식을 한정하는 것은 아니다.In the figure, an example in which the first laser sensor set 2 and the second laser sensor set 4 are constituted by six laser sensors, respectively, and a total of twelve laser sensors are shown. In this case, the upper and lower sensors constitute a pair to measure the thickness of the object to be measured, thereby sensing a total of 6 points. For example, each laser sensor can use an RS485 public communication line, which does not limit the communication method of the laser sensor.

컨베이어 벨트(6)는 제1 레이저 센서 세트(2)와 제2 레이저 센서 세트(4) 사이의 높이에 위치한다. 컨베이어 벨트(6)는 제1 레이저 센서 세트(2)와 제2 레이저 센서 세트(4)에서 각각 방출되는 레이저가 동일한 직선상에 놓이도록 한다. 컨베이어 벨트(6)는 측정대상 물체를 이동시킨다.The conveyor belt 6 is located at a height between the first laser sensor set 2 and the second laser sensor set 4. The conveyor belt 6 allows the lasers emitted from the first laser sensor set 2 and the second laser sensor set 4 to lie on the same straight line. The conveyor belt 6 moves the object to be measured.

본 발명에 따른 두께 측정 시스템은 제1 레이저 센서 세트(2)와 제2 레이저 센서 세트(4)는 생산 라인 상의 특정 위치에 고정되어 있고, 생산 라인 상을 이동하면서 가공되는 측정대상 물체가 움직여 컨베이어 벨트(6)에 의해 제1 레이저 센서 세트(2)와 제2 레이저 센서 세트(4) 사이를 통과하면서 측정대상 물체의 두께를 측정하므로, 레이저 센서의 움직임에 따른 변수의 개입을 원천적으로 차단함으로써 측정의 정확도를 담보한다.The thickness measuring system according to the present invention is characterized in that the first laser sensor set 2 and the second laser sensor set 4 are fixed at specific positions on a production line, The thickness of the object to be measured is measured while passing between the first laser sensor set 2 and the second laser sensor set 4 by the belt 6 so that intervention of the variable according to the movement of the laser sensor is originally blocked Ensure accuracy of measurement.

현장 모니터링부(10)는 제1 레이저 센서 세트(2)와 제2 레이저 센서 세트(4)로부터 동기화된 측정값을 입력받아 거리 정보를 가공하여 측정대상 물체의 두께를 계산한다. The field monitoring unit 10 receives the synchronized measurement values from the first laser sensor set 2 and the second laser sensor set 4 and processes the distance information to calculate the thickness of the object to be measured.

현장 모니터링부(10)는 임베디드 컨트롤러(12)와 컨버터(14) 및 SMPS(16)를 포함한다.The field monitoring unit 10 includes an embedded controller 12, a converter 14 and an SMPS 16.

임베디드 컨트롤러(12)는 12개의 레이저 센서로부터 동기화된 측정값을 입력받는다. 일례로, 임베디드 컨트롤러(12)는 레이저 센서로부터의 측정값을 RS232 통신으로 입력받을 수 있으며, 여기서 통신방식을 한정하는 것은 아니다.The embedded controller 12 receives synchronized measurement values from twelve laser sensors. For example, the embedded controller 12 may receive measured values from a laser sensor via RS232 communication, which does not limit the communication method.

임베디드 컨트롤러(12)는 수신된 측정값을 계산하여 6 포인트들의 두께값을 계산한 후, 계산된 6 지점의 값들을 임베디드 보드의 화면 상에 출력한다. 임베디드 컨트롤러(12)는 산업현장에서의 진동을 포함한 외부요인에 의한 레이저 센서의 노이즈를 제거하는 평균필터 알고리즘부를 구비한다. 평균필터 알고리즘부에 대해서는 후술하기로 한다.The embedded controller 12 calculates the received measurement value, calculates the thickness value of the six points, and outputs the calculated values of the six points on the screen of the embedded board. The embedded controller 12 includes an average filter algorithm unit that removes noise from the laser sensor due to external factors including vibration in the industrial field. The average filter algorithm unit will be described later.

컨버터(14)는 레이저 센서들의 데이터를 임베디드 컨트롤러가 장착된 임베디드 보드로 입력되도록 하기 위해 통신방식을 변경한다. 일례로, 컨버터(14)는 12개의 레이저 센서들이 하나의 공통된 라인을 이용하기 위해 사용하는 RS485 방식을 RS232 방식으로 변경할 수 있으며, 여기서 통신방식을 한정하는 것은 아니다.The converter 14 changes the communication mode so that data of the laser sensors are input to the embedded board equipped with the embedded controller. For example, the converter 14 can change the RS485 method used by 12 laser sensors to use one common line to the RS232 method, and the communication method is not limited thereto.

SMPS(16)는 외부전원을 공급받아 각 레이저 센서 및 임베디드 컨트롤러(12)에 강하된 전원을 공급한다. 일례로, SMPS(16)는 AC220V를 공급받아 DC12V로 변환할 수 있다.The SMPS 16 receives the external power and supplies the power to the laser sensors and the embedded controller 12. For example, the SMPS 16 may receive AC 220V and convert it to DC 12V.

배전반(18)은 전원을 공급하며, 일례로 AC220V, 60Hz의 전원을 공급할 수 있다.The power distribution board 18 supplies power, and can supply power of, for example, AC 220 V and 60 Hz.

원격 모니터링부(20)는 현장 모니터링부(10)와 연결되어 원격지에서 측정결과를 그래프 등으로 표시한다. 일례로, 원격 모니터링부(20)는 현장 모니터링부(10)로부터 측정된 값을 대략 100m 거리의 이더넷 통신으로 전달받아, 측정결과를 그래프로 출력하고 사용자 보정기능을 제공하고 각종 설정을 저장한다.The remote monitoring unit 20 is connected to the field monitoring unit 10 to display a measurement result at a remote place in a graph or the like. For example, the remote monitoring unit 20 receives the measured value from the field monitoring unit 10 through Ethernet communication at a distance of about 100 m, outputs a measurement result as a graph, provides a user correction function, and stores various settings.

임베디드 컨트롤러(12)에 내장된 평균필터 알고리즘부는 제1 레이저 센서 세트(2)와 제2 레이저 센서 세트(4)에서 측정된 데이터 신호에 가상의 윈도우를 중첩(convolution)시켜, 가상의 윈도우를 알고리즘 연산영역(사각 형태의 관심영역)으로 설정함으로써 노이즈를 제거한다.The average filter algorithm unit incorporated in the embedded controller 12 convolutes a virtual window on the data signal measured in the first laser sensor set 2 and the second laser sensor set 4 to convert the virtual window into an algorithm And noise is removed by setting it to an operation region (rectangular-shaped region of interest).

필터링이 이루어지지 않을 경우 실제 산업현장에서의 진동과 기타 요인에 의한 레이저 센서의 노이즈가 제거되지 않으므로 측정값의 정확도가 저하된다.If the filtering is not performed, the noise of the laser sensor due to vibration and other factors in the actual industrial field is not removed, and the accuracy of the measured value is lowered.

도 5를 참조하면, 필터를 설정하기 위해 윈도우 크기(s)와 윈도우 편차(a)가 설정된다. Referring to FIG. 5, a window size (s) and a window deviation (a) are set to set a filter.

윈도우 크기(s)가 설정되면 전체 윈도우 사이즈는 (s+2)로 계산된다.When the window size (s) is set, the total window size is calculated as (s + 2).

윈도우 편차(a)는 측정 신호의 허용 편차의 범위를 설정하는 것으로, 신호의 진폭과 동일한 의미를 갖는다. 일례로, 편차값은 소수점 이하 3자리까지 설정할 수 있고 단위는 mm가 사용될 수 있다.The window deviation (a) sets the range of the tolerance of the measurement signal and has the same meaning as the amplitude of the signal. For example, the deviation value can be set to three decimal places and the unit can be used in mm.

중첩(convolution)이란 시스템에 메모리가 있는 경우에 출력값이 이전 입력값과 나중의 입력값에 영향을 가지는 연산을 말한다. 예컨대 3번째 입력값의 중첩값을 계산하려면 1, 2번째 입력값과 4, 5번째 입력값을 모두 계산하여 3번째 입력값의 중첩값을 얻을 수 있다.Convolution is an operation whose output value affects the previous input value and the later input value when there is memory in the system. For example, in order to calculate the superimposed value of the third input value, the first and second input values and the fourth and fifth input values are calculated to obtain the superimposed value of the third input value.

도 6을 참조하면, 가로축은 레이저 센서를 통해 순차적으로 저장된 측정값의 인덱스(데이터 개수)이고, 세로축은 레이저 센서를 통해 측정된 실제 측정값을 의미한다. 도 6에서 청색점으로 표시된 것이 실제 레이저 센서의 측정값이고, 적색 사각형이 가상의 윈도우 필터이다. 이동방향은 화살표의 방향과 같다.Referring to FIG. 6, the horizontal axis represents the index (number of data) of the measured values sequentially stored through the laser sensor, and the vertical axis represents the actual measured value measured by the laser sensor. In FIG. 6, the blue dot represents the measured value of the actual laser sensor, and the red square represents a virtual window filter. The direction of movement is the same as the direction of the arrow.

순차적으로 저장된 측정값이 윈도우 크기만큼 저장되면 윈도우를 이동하면서 아래의 재귀식을 이용하여 평균값을 계산한다.If the sequentially stored measured values are stored as the window size, move the window and calculate the average value using the following recursive formula.

Figure 112013108701139-pat00001
Figure 112013108701139-pat00001

이에 따라 도 6에 도시된 5개의 데이터 평균값을 소수점 이하 2자리까지 각각 계산하면 다음과 같다.Accordingly, the average of the five data values shown in FIG. 6 is calculated up to two decimal places.

x2(2개의 데이터 평균값) = 4.85+4.7 = 9.55x 2 (two data average values) = 4.85 + 4.7 = 9.55

x3(3개의 데이터 평균값) = 6.37+3.07 = 9.44x 3 (average of three data) = 6.37 + 3.07 = 9.44

x4(4개의 데이터 평균값) = 7.08+2.35 = 9.43x 4 (average of four data) = 7.08 + 2.35 = 9.43

x5(5개의 데이터 평균값) = 7.54+1.9 = 9.44x 5 (average of five data) = 7.54 + 1.9 = 9.44

노이즈 제거 알고리즘을 적용할 때, 시스템의 메모리에 이전 측정값을 윈도우 사이즈의 2배 이상 저장하는 것이 바람직하다. 설정된 윈도우를 x측의 우측(x축은 데이터 개수)으로 1씩 이동하면서 필터링된 측정값을 계산한다.When applying a noise reduction algorithm, it is desirable to store the previous measurement in the system memory at least twice the window size. Calculate the filtered measurement value by moving the set window one by one to the right side of x side (x number of data).

도 7을 참조하면, 가상의 윈도우는 사각형 형태로 설정된다. 가로축은 측정대상 물체가 위치한 시점(..., t-2, t-1, t, t+1,...), 세로축은 측정된 두께값을 의미한다. 가상의 윈도우에서는 각 시점간 사이즈인 윈도우 크기(s)와, 측정된 데이터 신호의 허용 편차이며 윈도우의 세로길이에 해당하는 윈도우 편차(a)가 설정된다.Referring to FIG. 7, a virtual window is set in a rectangular shape. The horizontal axis represents the time (..., t-2, t-1, t, t + 1, ...) at which the measurement object is located and the vertical axis represents the measured thickness value. In the virtual window, the window size (s), which is the size between the respective viewpoints, and the window deviation (a), which is the allowable deviation of the measured data signal and corresponds to the vertical length of the window, are set.

도 7에서는 일례로 윈도우 크기(s)가 2, 윈도우 편차(a)가 0.2mm로 설정되어 있다. 평균필터 알고리즘은 기준 시점의 진폭보다 편차가 크면 노이즈로 간주한다.In Fig. 7, the window size (s) is set to 2 and the window deviation (a) is set to 0.2 mm, for example. The average filter algorithm is considered noise if the deviation is larger than the amplitude of the reference point.

구체적으로, 평균필터 알고리즘의 측정값 계산은 전체 윈도우 사이즈 수(4)만큼 측정값을 사전에 메모리에 저장하고, 순차적으로 메모리에 저장된 측정값이 윈도우 크기만큼 저장되면 윈도우를 이동하면서 평균값을 계산한다.Specifically, the calculation of the average filter algorithm calculates the average value by moving the window when the measured values stored in the memory are stored in the memory in advance by storing the measured values in advance in the memory by the total number of window sizes (4) .

t 시점을 기준으로, t위치의 평균값은 t-2, t-1, t, t+1의 값으로 계산한다(중첩). 이때, t위치의 측정값과 t-1의 (평균값+a)와 비교하여 t위치의 측정값이 t-1의 (평균값+a)보다 크면 t+1의 측정값을 확인한다. t+1의 측정값 역시 t-1의 (평균값+a) 보다 크면 기준 진폭보다 편차가 크지 않은 것으로 해석되므로 노이즈가 아니라고 판단하여 계속 진행한다.Based on the time t, the average of the t positions is calculated as t-2, t-1, t, t + 1 (overlapped). At this time, if the measured value at the t position is larger than the (average value + a) of t-1 in comparison with the measured value at the t position and the (average value + a) of t-1, the measured value at t + 1 is confirmed. If the measured value of t + 1 is also larger than the (average value + a) of t-1, it is interpreted that the deviation is not larger than the reference amplitude.

그렇지 않은 경우에는 기준 진폭보다 편차가 큰 것으로 해석되므로 t의 값을 t-1의 값으로 바꿈으로써 t위치의 측정값을 노이즈로 간주하여 제거한다.Otherwise, it is interpreted that the deviation is larger than the reference amplitude. Therefore, by replacing the value of t with the value of t-1, the measured value at the t position is regarded as noise and removed.

t위치의 평균값 계산 과정, t위치의 측정값과 t-1의 (평균값+a)와의 비교과정, t+1의 측정값과 t-1의 (평균값+a)와의 비교과정, 그 결과에 따라 t의 값을 t-1의 값으로 치환하는 과정이 루프(Loop) 형태로 반복되면서 노이즈가 제거된다.The process of calculating the average value of the t position, the process of comparing the measured value of t position with (average value + a) of t-1, the process of comparing the measured value of t + 1 with (average value + a) of t-1, The process of replacing the value of t with the value of t-1 is repeated in the form of a loop to remove the noise.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

2 - 제1 레이저 센서 세트 4 - 제2 레이저 센서 세트
6 - 컨베이어 벨트 8 - 롤러
10 - 현장 모니터링부 18 - 배전반
20 - 원격 모니터링부2 - First laser sensor set 4 - Second laser sensor set
6 - Conveyor belt 8 - Rollers
10 - Field monitoring department 18 - Switchboard
20 - remote monitoring unit

Claims (5)

레이저 센서들이 서로 이격되어 지면에 평행하도록 일렬로 복수개 배치되며, 각 레이저 센서는 레이저 발광부와 레이저 수광부를 구비하는 제1 레이저 센서 세트; 제1 레이저 센서 세트와 수직 방향으로 이격되어 제1 레이저 센서 세트를 이루는 레이저 센서의 개수와 동일하도록 상하 일대일로 배치되며, 레이저 센서들이 지면에 평행하도록 상호 간에 이격되어 일렬로 복수개 배치되고 각 레이저 센서는 레이저 발광부와 레이저 수광부를 구비하는 제2 레이저 센서 세트; 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트 사이의 높이에 위치하고, 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트에서 방출되는 레이저가 동일한 직선상에 놓이도록 하며, 측정대상 물체를 이동시키는 컨베이어 벨트; 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트로부터 동기화된 측정값을 입력받아 거리 정보를 가공하여 측정대상 물체의 두께를 계산하되, 산업현장에서의 진동을 포함한 외부요인에 의한 레이저 센서의 노이즈를 제거하는 평균필터 알고리즘부를 구비하는 임베디드 컨트롤러를 포함하는 현장 모니터링부; 및 현장 모니터링부와 연결되어 원격지에서 측정결과를 그래프로 표시하는 원격 모니터링부를 포함하고,
평균필터 알고리즘부는 제1 레이저 센서 세트와 제2 레이저 센서 세트에서 측정된 데이터 신호에 가상의 윈도우를 중첩(convolution)시켜, 가상의 윈도우를 알고리즘 연산영역으로 설정함으로써 노이즈를 제거하며, 가상의 윈도우는 사각형 형태로 설정되며, 가로축을 측정대상 물체가 위치한 시점(..., t-2, t-1, t, t+1,...)으로 하고 세로축을 측정된 두께값으로 잡았을 때 각 시점간 사이즈인 윈도우 크기(s)와, 측정된 데이터 신호의 허용 편차이며 윈도우의 세로길이에 해당하는 윈도우 편차(a)를 설정하고, 가상의 윈도우의 가로길이에 해당하는 전체 윈도우 사이즈는 (s+2)로 계산되고, 평균필터 알고리즘부는 기준 시점의 진폭보다 편차가 크면 노이즈로 간주하여 제거하며, 평균필터 알고리즘부의 측정값 계산은, 전체 윈도우 사이즈 수만큼 측정값을 사전에 메모리에 저장하고, 순차적으로 메모리에 저장된 측정값이 윈도우 크기만큼 저장되면 윈도우를 이동하면서 하기 재귀식을 이용하여 평균값을 계산하되,
Figure 112014030767686-pat00009

t위치의 측정값이 t-1의 (평균값+a)보다 크면 t+1의 측정값을 확인하여 t-1의 (평균값+a)보다 크면 t위치의 측정값이 노이즈가 아니라고 판단하여 계속 진행하고, 그렇지 않으면 t의 값을 t-1의 값으로 바꿈으로써 t위치의 측정값을 노이즈로 간주하여 제거하며, t위치의 평균값 계산 과정, t위치의 측정값과 t-1의 (평균값+a)와의 비교과정, t+1의 측정값과 t-1의 (평균값+a)와의 비교과정, 그 결과에 따라 t의 값을 t-1의 값으로 치환하는 과정이 루프(Loop) 형태로 반복되면서 노이즈가 제거되는 두께 측정 시스템.



A plurality of laser sensors arranged in a line so as to be parallel to the surface of the laser sensors, wherein each laser sensor comprises a first laser sensor set having a laser emitting portion and a laser receiving portion; A plurality of laser sensors arranged in a line and spaced apart from one another such that the laser sensors are parallel to the paper surface, A second laser sensor set having a laser emitting portion and a laser receiving portion; A conveyor belt positioned at a height between the first laser sensor set and the second laser sensor set such that the laser emitted from the first laser sensor set and the second laser sensor set lies on the same straight line and moves the object to be measured; The synchronized measurement values from the first laser sensor set and the second laser sensor set are received and the distance information is processed to calculate the thickness of the object to be measured. The noise of the laser sensor due to external factors including vibration in the industrial field is eliminated An on-the-spot monitoring unit including an embedded controller having an average filter algorithm unit for performing a filtering process; And a remote monitoring unit connected to the field monitoring unit and displaying a measurement result at a remote place in a graph,
The average filter algorithm unit removes noise by convoluting a virtual window with the data signal measured in the first laser sensor set and the second laser sensor set and setting a virtual window as an algorithm operation area, T-1, t, t + 1, ...) at which the measurement object is located and the vertical axis is taken as the measured thickness value, (S) corresponding to the width of the virtual window and the window deviation (a) corresponding to the vertical length of the window and the allowable deviation of the measured data signal, and the total window size corresponding to the width of the virtual window is (s + 2), and the average filter algorithm unit regards the noise as a noise if the deviation is larger than the amplitude of the reference point, and calculates the measurement value of the average filter algorithm unit. If the measured values stored in the memory are sequentially stored in the memory, the average value is calculated using the following recursive equation while moving the window,
Figure 112014030767686-pat00009

If the measured value at the t position is larger than (average value + a) of t-1, the measured value at t + 1 is checked and if it is larger than (average value + a) at t-1, (T + 1) of the measured value of t and the average value of t (t + 1) of t-1, ), The process of comparing the measured value of t + 1 with the (average value + a) of t-1, and the process of replacing the value of t with the value of t-1 according to the result, Thickness measurement system in which noise is removed.



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