KR101603208B1 - 조명 조정 장치 - Google Patents

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박재현
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한화테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은, 조명 조정을 위하여 측정하는 측정 조명의 조도를 정확하게 측정할 수 있는 조명 조정 장치 및 이를 구비하는 비전 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 다른 조명에 연동되는 밝기의 빛을 조사하는 제2 조명; 상기 제2 조명에서 조사되는 빛을 펴주는 광 확산부; 및 상기 광 확산부를 통하여 조사되는 상기 제2 조명의 빛의 밝기를 감지하는 광 센서;를 구비하는 조명 조정 장치를 제공한다.

Description

조명 조정 장치{Apparatus for controlling light}
본 발명은 조명 조정 장치 및 이를 구비하는 비전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조명의 밝기를 측정하여 조명을 원하는 밝기로 조정하는 조명 조정 장치 및 이를 구비하는 비전 시스템에 관한 것이다.
비전 시스템은 부품 실장 장치 등에서 인식하고자 하는 부품을 정확하게 인식하기 위하여 사용될 수 있다. 비전 시스템은 대상 물체에 조명을 비추고, 대상 물체로부터 입력되는 영상을 입력받아, 대상 물체를 인식하거나 검사를 할 수 있다.
이를 위하여, 비전 시스템은 빛을 발생하여 비추는 조명과 대상 물체로부터 영상을 입력받는 카메라를 구비할 수 있다. 이때, 비전 시스템에서 대상 물체를 정확하게 인식하기 위하여 조명을 조정할 수 있다. 이를 위하여, 비전 시스템은 특정 조명 데이터베이스(database)를 사용하거나 작업자에 의한 아이 포인트(eye point)를 이용하여 인식 가능한 조명 레벨을 조정할 수 있다.
비전 시스템은 조명을 조정하기 위한 조명 조정 장치를 포함할 수 있다. 이때, 통상적으로 조명 조정 장치는 부품을 인식하기 전에 조정된다. 따라서, 작업 중에 여러 가지 이유로 조명의 특성이 변동될 수 있으며, 이 경우, 조명이 부품의 인식에 필요한 조도의 빛을 비추지 못하는 경우가 생길 수 있다.
본 발명은, 조명 조정을 위하여 측정하는 측정 조명의 조도를 정확하게 측정할 수 있는 조명 조정 장치 및 이를 구비하는 비전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 다른 조명에 연동되는 밝기의 빛을 조사하는 제2 조명; 상기 제2 조명에서 조사되는 빛을 펴주는 광 확산부; 및 상기 광 확산부를 통하여 조사되는 상기 제2 조명의 빛의 밝기를 감지하는 광 센서;를 구비하는 조명 조정 장치를 제공한다.
설정된 밝기의 빛을 조사하는 제1 조명; 상기 제1 조명의 밝기를 측정하는 조명 측정부; 및 상기 조명 측정부에서 측정된 조명의 밝기에 따라 상기 제1 조명을 제어하는 조명 제어부를 구비하고, 상기 조명 측정부가, 상기 제2 조명, 상기 광 확산부, 및 상기 광 센서를 구비할 수 있다.
상기 제1 조명이 상기 다른 조명이 될 수 있다.
상기 광 확산부가 비구면 렌즈를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 조명 측정부가 상기 제1 조명의 밝기를 실시간 측정하고, 상기 조명 제어부가 상기 제1 조명의 밝기를 실시간으로 피드백 제어할 수 있다.
상기 비구면 렌즈가 상기 제2 조명으로부터 조사되는 빛이 상기 제2 조명으로부터 일정한 거리 떨어진 평면의 정해진 영역에 일정한 밝기로 조사되도록 할 수 있다.
상기 비구면 렌즈가 플라스틱 소재를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 비구면 렌즈가 사출 성형에 의하여 형성될 수 있다.
상기 비구면 렌즈의 굴절률이 1.4 내지 1.49가 될 수 있다.
상기 비구면 렌즈의 내부 각도가 57도 내지 80도가 될 수 있다.
상기 광 센서가 상기 비구면 렌즈의 폭을 벗어난 위치에 배치될 수 있다.
상기 광 센서가 상기 비구면 렌즈로부터 수직으로 연장된 외곽 연장선으로부터 10 mm 내지 20 mm 이격된 위치에 배치될 수 있다.
상기 비구면 렌즈가 상기 제2 조명을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 비구면 렌즈가 상기 광 센서를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 빛의 밝기가 단위 면적이 단위 시간에 받는 빛의 양에 해당하는 조도로 측정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 조명 조정 장치; 및 상기 조명 조정 장치에 의하여 그 밝기가 조정되는 제1 조명으로부터 조사되는 빛에 의하여 형성되는 이미지를 입력받는 카메라를 구비하는 비전 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 조명 조정 장치 및 이를 구비하는 비전 시스템에 의하면, 조명 조정을 위하여 측정하는 측정 조명의 조도를 정확하게 측정함으로써, 조사 조명의 균질한 조도 변화를 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 비전 시스템의 외형을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 비전 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 비전 시스템에서 단면 Ⅲ-Ⅲ에서 바라본 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 비전 시스템에서 조명 측정부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 조명 측정부에서 비구면 렌즈를 통하여 조사되는 빛의 조명 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 비전 시스템에서 조명 측정부의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 일 실시예에 따른 비전 시스템(10)의 외형이 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 비전 시스템(10)의 내부 구성을 보여주는 블록도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1의 비전 시스템(10)에서 단면 Ⅲ-Ⅲ에서 바라본 모습이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 비전 시스템(10)은 제1 조명(100); 조명 측정부(200); 조명 제어부(300); 조명 구동부(400); 및 카메라(500)를 구비할 수 있다. 비전 시스템(10)은 조명 측정부(200)에서 제1 조명(100)의 조도 변화를 실시간으로 측정하여 제1 조명(100)의 조도를 실시간으로 조정 가능하다. 이를 위하여, 제1 조명(100)은 조명 측정부(200)에서 측정된 측정값에 의하여 실시간으로 설정된 밝기의 빛을 조사할 수 있도록 피드백 제어될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 시스템(10)에서는 조명 측정부(200)가 제1 조명(100)과 연동되는 밝기의 빛을 조사하는 제2 조명(210)의 밝기를 측정하여 제1 조명(100)의 밝기를 측정할 수 있다. 따라서, 제1 조명(100)의 직접적인 밝기 측정이 곤란하거나, 제1 조명(100)의 밝기 측정을 위하여 복잡한 기구 또는 장치가 필요한 경우에도, 간단하고 용이하게 제1 조명(100)의 밝기를 간접적으로 측정할 수 있다.
즉, 별도로 구비되는 조명 측정부(200)에 의하여 카메라(500) 등의 인식 장치의 기구적인 간섭을 받지 아니하고 제1 조명(100)의 밝기를 안정적으로 측정할 수 있게 된다.
또한, 광 센서의 암전류 및 주변 잡광 유입, 열변화의 특성에 의한 변동에 강인한 조명 조정이 가능하게 된다.
제1 조명(100)은 설정된 밝기의 빛을 조사한다. 조명 측정부(200)는 제1 조명(100)의 밝기를 측정한다. 조명 제어부(300)는 조명 측정부(200)에서 측정된 조명의 밝기에 따라 제1 조명(100)을 제어한다.
조명 구동부(400)는 조명 제어부(300)의 제어를 받아 제1 조명(100)이 설정된 밝기의 빛을 조사할 수 있도록 제1 조명(100)을 구동한다. 카메라(500)는 조명 조정 장치에 의하여 그 밝기가 조정되는 제1 조명(100)으로부터 조사되는 빛에 의하여 형성되는 이미지를 입력받는다.
이때, 카메라(500)는 렌즈(510)와, 렌즈를 통하여 입력되는 빛을 받아들이는 카메라 본체(520)를 포함할 수 있다.
조명 측정부(200)는 제1 조명(100)의 밝기를 실시간 측정할 수 있다. 조명 제어부(300)는 측정된 제1 조명(100)의 밝기를 실시간으로 피드백하여 제1 조명(100)을 제어할 수 있다. 여기서, 조명 제어부(300)는 제1 조명(100)의 밝기가 설정된 기준에서 멀어지면 역률의 변화에 의거하여 재보정할 수 있게 된다.
제1 조명(100)의 빛이 본체(10a)의 일 측에 위치되는 개구부(11)를 통하여 외부로 빠져나가 검사 대상에 조사된다. 또한, 본체(10a) 내부의 빛이 드나드는 통로의 측면부에 조명 측정부(200)가 설치될 수 있다. 따라서, 조명 측정부(200)가 제1 조명부(100)에서 방출되는 빛과 외부로부터 카메라(500)로 입력되는 이미지의 빛에 간섭되지 않고 제1 조명(100)의 밝기를 측정할 수 있게 된다.
비전 시스템(10)에서는 조명의 밝기를 실시간으로 측정하여 제어함으로써, 사용 또는 환경 변화에 의한 시스템의 변경에도 조사 조명의 균질한 조도 변화를 유도할 수 있다.
한편, 조명 측정부(200)는 제2 조명(210), 광 확산부(220), 및 광 센서(230)를 구비할 수 있다.
제2 조명(210)은 다른 조명에 예를 들어 제1 조명(100)에 연동되는 밝기의 빛을 조사한다. 광 확산부(220)는 제2 조명(210)에서 조사되는 빛이 일정 영역에 고르게 분포될 수 있도록 제2 조명에서 조사되는 빛을 확산시켜 펴준다. 광 센서(230)는 광 확산부(220)를 통하여 조사되는 제2 조명(210)의 빛의 밝기를 감지한다.
광 확산부(220)가 비구면 렌즈를 포함하여 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 비전 시스템(10)에서는 광 확산부(220)로 비구면 렌즈를 적용함으로써, 연색 지수(Color Rendering Index; CRI)가 우수하고, 균제도가 우수한 빛을 얻을 수 있게 된다.
또한, 광 센서(230)에 연색 지수와 균제도가 우수한 빛이 조사될 수 있도록 하며, 광 센서(230)에 조사된 빛은 누적 계산상의 평균값으로 계산되는 논리회로를 적용하고, 각종 센서들로부터의 유입되는 신호를 광 센서(230)에 포함되는 포토 다이오드(PHOTO DIODE)의 증폭에 의한 전압으로 산출하여 항상 균질한 측정 신호를 얻도록 할 수 있다.
이때, 광 센서(230)에서 측정되는 제2 조명(210)의 밝기를 복수개의 레벨로 나누고, 각각의 레벨을 제1 조명(100)에서 조사되는 빛의 밝기와 매칭되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 광 센서(230)에서 측정되는 레벨과 제1 조명(100)의 밝기의 레벨이 서로 대응되도록 미리 캘리브레이션(calibration) 할 수 있다.
그에 따라, 광 센서(230)에서 측정되는 밝기로 제1 조명(100)의 밝기를 측정할 수 있다. 따라서, 조명 제어부(300)는 광 센서(230)에서 측정되는 밝기를 입력받아 이를 피드백하여 제1 조명(100)의 밝기가 설정된 레벨이 될 수 있도록 피드백 제어할 수 있게 된다.
한편, 본 명세서에서 측정되는 조명의 밝기는 단위 면적이 단위 시간에 받는 빛의 양에 해당하는 조도로 측정될 수 있다.
또한, 제1 조명(100) 및 제2 조명(210) 각각은 적어도 하나 이상의 LED(Light Emitting Diode)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 광 센서(230)는 통상의 포토 다이오드(photo diode)를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 4에는 도 3의 비전 시스템(10)에서 일 실시예에 따른 조명 측정부(200)가 도시되어 있다. 도 5에는 도 4의 조명 측정부(200)에서 비구면 렌즈를 통하여 조사되는 빛의 조명 분포가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 조명 측정부(200)는 제2 조명(210), 광 확산부(220), 및 광 센서(230)를 구비할 수 있다. 이때, 광 확산부(220)로는 중심부의 광량을 고르게 측면으로 펴주는 비구면 렌즈(221)를 포함할 수 있다.
또한, 비구면 렌즈(221)는 제2 조명(210)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 조명(210)에서 방출되는 빛이 광 확산부(220)에 의하여 측면으로 고르게 펴지고, 비구면 렌즈(221)의 폭에서 소정 간격(Wd) 벗어난 위치에 위치된 배치된 광 센서(230)에 도달하게 된다.
광 확산부(220)는 비구면 렌즈(221)를 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 광 확산부(220)가 비구면 렌즈(221)에 의하여 빛을 고르게 펴줌으로써, 제2 조명(210)에서 조사되는 빛이 일정 영역에 고르게 분포될 수 있게 한다. 이 경우, 많은 빛을 원거리에서도 용이하게 측정할 수 있게 된다. 따라서, 열에 의한 변동 또는 잡광을 차단할 수 있는 공간을 더 확보할 수 있게 된다.
이때, 비구면 렌즈(221)가 제2 조명(210)으로부터 조사되는 빛이 제2 조명(210)으로부터 일정한 거리 떨어진 평면의 정해진 영역에 일정한 밝기로 조사되도록 할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같은 조명 분포(600)로 광 확산부(221)의 비구면 렌즈로부터 일정 거리 떨어진 영역에 균일하게 빛이 조사될 수 있다. 따라서, 제2 조명(210)으로부터 조사되는 빛이 제2 조명(210)으로부터 일정한 거리 떨어진 평면의 정해진 영역에 일정한 밝기로 조사될 수 있다.
이때, 비구면 렌즈(221)를 통하여 조사되는 제2 조명(210)의 조명은 도 5의 조명 분포(600)를 형성할 수 있다. 조명 분포(600)는 각각 균일한 밝기를 갖는 복수개의 영역(610 내지 650)을 포함할 수 있다. 따라서, 광 센서(230)는 제2 조명(210)으로부터 조사되는 빛이 비구면 렌즈(221)에 의하여 일정한 밝기로 조사되는 평면을 포함하는 영역(610)에 위치될 수 있다. 이때, 일정한 밝기로 조사되는 평면은 제2 조명(210) 또는 비구면 렌즈(221)로부터 일정한 거리 떨어진 평면을 포함하는 영역(610)이 될 수 있다.
따라서, 제1 조명(100)의 밝기 조정을 위하여 측정하는 제2 조명(210)의 밝기를 정확하게 측정함으로써, 조사되는 제1 조명(100)의 밝기를 균일하게 유도할 수 있다.
광 확산부(220)로 비구면 렌즈(221)를 사용함으로써, 광 센서(230)가 빛을 측면에서도 강한 광도로 입사받을 수 있다. 이를 위하여, 비구면 렌즈(221)의 굴절률은 1.4 내지 1.49가 될 수 있다.
또한, 비구면 렌즈(221)의 내부 각도가 57도 내지 80도가 될 수 있다. 여기서, 내부 각도란 전반사를 유도하는 각도로서 이외 각도에서는 비구면 렌즈(221)의 내부에 조명이 멈추어 밖으로 나가지 못하는 각도입니다. 따라서, 비구면 렌즈(221)의 내부 각도가 57도 내지 80도가 되어야 비구면 렌즈(221)의 내부에서 외부로 원하는 광로가 나타나질 수 있게 된다.
따라서, 제2 조명(210)으로부터 조사되는 빛이 비구면 렌즈(221)에 의하여 일정한 밝기로 조사되는 평면은 비구면 렌즈(221)의 폭보다 클 수 있다. 따라서, 광 센서(230)는 비구면 렌즈(221)의 폭을 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 그에 따라, 광 센서(230)의 배치 위치의 자유도가 늘어나 작은 공간에도 효율적으로 설치될 수 있다.
이때, 광 센서(230)는 비구면 렌즈(221)로부터 수직으로 연장된 외곽 연장선(710)으로부터 10 mm 내지 20 mm 이격된 위치에 배치될 수 있다. 즉, 외곽 연장선이 광 센서(230)의 끝단이 위치되는 광센서 배치선(720)과 소정 폭(Wd)만큼 벗어나게 위치되도록, 광 센서(230)가 배치될 수 있다.
한편, 비구면 렌즈(221)는 실리콘 또는 플라스틱 소재를 포함하여 형성될 수 있다. 따라서, 비구면 렌즈(221)가 사출 성형에 의하여 형성될 수 있다. 이 경우, 비구면 렌즈(221)를 글라스(glass) 소재로 형성하는 경우에 비하여 낮은 원가로 고성능 수광을 유도할 수 있는 광 확산부(220)를 형성할 수 있게 된다.
이때, 플라스틱 소재는 열과 압력을 가해 성형할 수 있는 고분자화합물이다. 비구면 렌즈(221)는 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리아미드(polyamides, PA, 나일론), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리우레탄(polyurethanes, PU), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 및 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride, PVDC) 중의 적어도 어느 하나의 소재를 포함하여 형성될 수 있다.
도 6에는 도 3의 비전 시스템(10)에서 다른 실시예에 따른 조명 측정부(200a)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 조명 측정부(200a)는 제2 조명(210a), 광 확산부, 및 광 센서(230a)를 구비할 수 있다. 이때, 광 확산부로는 중심부의 광량을 고르게 측면으로 펴주는 비구면 렌즈(221a)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서는 비구면 렌즈(221)는 제2 조명(210)을 둘러싸도록 배치되나, 도 6에 도시된 실시예에서 비구면 렌즈(221a)는 광 센서(230a)를 둘러싸도록 배치된다. 이때, 동일한 기능을 수행하는 동일한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 번호를 사용하고 자세한 설명은 생략한다.
이때, 광 센서(230a)에서 전압이 약하게 측정될 수 있으나, 이를 증폭하여 게인(gain)을 조정하여 해결할 수 있다. 이때, 비구면 렌즈(221a) 내부의 빔 각도가 60 도에서 42 도 이상으로 변경될 수 있다.
본 발명에 따르면, 조명 조정을 위하여 측정하는 측정 조명의 조도를 정확하게 측정함으로써, 조사 조명의 균질한 조도 변화를 유도할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 비전 시스템, 100: 제1 조명,
200: 조명 측정부, 210: 제2 조명,
220: 광 확산부, 221: 비구면 렌즈,
230: 광 센서, 300: 조명 제어부.

Claims (16)

  1. 설정된 밝기의 빛을 조사하는 제1 조명;
    상기 제1 조명의 밝기를 측정하는 조명 측정부; 및
    상기 조명 측정부에서 측정된 조명의 밝기에 따라 상기 제1 조명을 제어하는 조명 제어부를 포함하고,
    상기 조명 측정부는,
    상기 제1 조명에 연동되는 밝기의 빛을 조사하는 제2 조명;
    상기 제2 조명에서 조사되는 빛을 펴주는 광 확산부; 및
    상기 광 확산부를 통하여 조사되는 상기 제2 조명의 빛의 밝기를 측정하는 광 센서;를 구비하며,
    상기 광 센서에서 측정되는 상기 제2 조명의 밝기를 복수개의 레벨로 나누고, 상기 각각의 레벨을 상기 제1 조명에서 조사되는 빛의 밝기와 매칭시킴으로써, 상기 광 센서에서 측정되는 밝기로 상기 제1 조명의 밝기를 측정하는 조명 조정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명 제어부는, 상기 광 센서에서 측정되는 밝기를 입력받아 이를 피드백하여 상기 제1 조명의 밝기가 설정된 레벨이 될 수 있도록 제어하는 조명 조정 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 광 확산부가 비구면 렌즈를 포함하여 형성되는 조명 조정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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