KR101648266B1 - 라인 스캔 카메라 교정장치 - Google Patents

라인 스캔 카메라 교정장치 Download PDF

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Abstract

라인 스캔 카메라 교정장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 라인 스캔 카메라 교정장치는: 라인 스캔 카메라의 상측에 배치되는 롤러 테이블의 이송 롤러 사이에 설치되고, 복수 방향으로 눈금자가 형성되는 벨트부; 벨트부를 무한궤도로 운행시키도록 벨트부를 지지하는 회전 롤러부; 회전 롤러부에 결합되어 회전 롤러부를 회전시키는 모터부; 모터부에 연결되어 모터부의 구동 펄스 신호를 측정하는 엔코더; 및 엔코더와 라인 스캔 카메라에 연결되고, 라인 스캔 카메라에 트리거 펄스 신호를 입력하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

라인 스캔 카메라 교정장치{LINE SCAN CAMERA CALIBRATING APPARATUS}
본 발명은 라인 스캔 카메라 교정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라인 스캔 카메라의 초점을 정확하게 조정할 수 있고, 복수 방향의 픽셀 분해능 및 프레임 로스를 확인할 수 있는 라인 스캔 카메라 교정장치에 관한 것이다.
일반적으로 제철소에서는 철강 제품의 표면에 발생하는 결함을 측정하기 위해 스캔 카메라가 설치된다. 스캔 카메라에는 에어리어 스캔 카메라(area scan camera)와 라인 스캔 카메라(line scan camera)가 있다. 에어리어 스캔 카메라는 철강 제품의 전체적인 영상을 촬영한다. 라인 스캔 카메라는 철강 제품이 등속도로 이송되는 동안에 라인 영상을 연속적으로 촬영하고, 촬영된 라인 영상을 순차적으로 연결하여 철강 제품의 영상 프레임을 생성한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0078635호(2011. 07. 07 공개, 발명의 명칭: 복수조명을 이용한 스트립의 표면결함검출장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 라인 스캔 카메라의 초점을 정확하게 조정할 수 있고, 복수 방향의 픽셀 분해능 및 프레임 로스를 확인할 수 있는 라인 스캔 카메라 교정장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치는: 라인 스캔 카메라의 상측에 배치되는 롤러 테이블의 이송 롤러 사이에 설치되고, 복수 방향으로 눈금자가 형성되는 벨트부; 상기 벨트부를 무한궤도로 운행시키도록 상기 벨트부를 지지하는 회전 롤러부; 상기 회전 롤러부에 결합되어 상기 회전 롤러부를 회전시키는 모터부; 상기 모터부에 연결되어 상기 모터부의 구동 펄스 신호를 측정하는 엔코더; 및 상기 엔코더와 상기 라인 스캔 카메라에 연결되고, 상기 라인 스캔 카메라에 트리거 펄스 신호를 입력하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 벨트부는, 상기 벨트부의 폭방향으로 형성되는 폭방향 눈금자; 상기 벨트부의 길이방향으로 형성되는 길이방향 눈금자; 및 상기 벨트부의 길이방향에 대하여 경사지게 형성되는 사선방향 눈금자를 포함할 수 있다.
상기 벨트부는 상기 회전 롤러부의 하측에 위치되는 부분이 상기 롤러 테이블의 패스 라인과 일치되게 배치될 수 있다.
상기 마이크로프로세서는 미리 입력된 상기 롤러 테이블의 구동 펄스 신호와, 상기 모터부의 상기 엔코더에서 측정되는 구동 펄스 신호를 매칭시켜 트리거 펄스 신호를 생성하고, 트리거 펄스 신호를 상기 라인 스캔 카메라에 입력할 수 있다.
상기 모터부는 상기 롤러 테이블에서 철강 제품이 이송되는 속도와 동일한 속도로 상기 벨트부가 운행되도록 상기 회전 롤러부를 회전시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 벨트부에 복수의 방향으로 눈금자가 형성되므로, 라인 스캔 카메라의 초점을 정확하게 조정할 수 있고, 복수 방향의 픽셀 분해능을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 벨트부에 사선방향 눈금자가 형성되므로, 프레임 로스를 확인할 수 있다. 또한, 프레임 로스 발생시 트리거 펄스 신호에 최적화되도록 라인 스캔 카메라의 노출 시간을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치를 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치에서 벨트부에 형성되는 눈금자의 형태를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치를 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치에서 촬영된 영상 프레임에서 프레임 로스가 발생된 상태를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치의 일 실시예를 설명한다. 라인 스캔 카메라 교정장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치를 도시한 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치(100)는 벨트부(110), 회전 롤러부(120), 모터부(130), 엔코더(135) 및 마이크로프로세서(150)를 포함한다.
라인 스캔 카메라 교정장치(100)는 롤러 테이블(10)의 상측에 배치된다. 롤러 테이블(10)은 복수의 이송 롤러(11)를 포함한다. 롤러 테이블(10)의 하부에는 롤러 테이블(10)을 따라 이송되는 철강 제품(미도시)의 표면을 검사하도록 라인 스캔 카메라(30)가 설치된다. 라인 스캔 카메라(30) 근처에는 철강 제품의 폭방향으로 레이저를 조사하는 레이저 조사부(40)가 설치된다. 레이저 조사부(40)가 레이저를 철강 제품이나 벨트부(110)에 조사하면, 라인 스캔 카메라(30)가 레이저를 촬영한다.
벨트부(110)는 라인 스캔 카메라(30)의 상측에 배치되는 롤러 테이블(10)의 패스 라인(20)에 설치된다. 이때, 벨트부(110)는 폐루프 형태의 형성되고, 벨트부(110)의 하면이 패스 라인(20)에 일치되도록 설치된다. 패스 라인(20)은 철강 제품이 롤러 테이블(10)에서 이송될 때에 철강 제품의 하면이 위치되는 라인이다. 벨트부(110)의 하면이 패스 라인(20)에 일치되므로, 라인 스캔 카메라(30)가 철강 제품의 하면을 측정하는 거리와 동일한 거리에서 벨트부(110)의 라인 영상을 촬영할 수 있다. 따라서, 라인 스캔 카메라(30)가 철강 제품의 촬영 거리와 동일한 거리에서 초점이 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치에서 벨트부에 형성되는 눈금자의 형태를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치를 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치에서 촬영된 영상 프레임에서 프레임 로스가 발생된 상태를 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 벨트부(110)의 표면에는 복수 방향으로 눈금자(111,113,115)가 형성된다. 눈금자(111,113,115)에는 일정한 간격마다 눈금이 형성된다. 눈금자는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 벨트부(110)의 표면에 복수의 눈금자(111,113,115)가 형성되므로, 복수의 방향으로 라인 스캔 카메라(30)의 픽셀 분해능(pixel resolution)을 확보할 수 있다. 여기서, 픽셀 분해능은 라인 스캔 카메라(30)에서 촬영된 두개의 인접한 라인 영상이 서로 구별될 수 있는 최소 거리(라인 영상의 최소 폭)를 의미한다.
벨트부(110)는 폭방향 눈금자(111), 길이방향 눈금자(113) 및 사선방향 눈금자(115)를 포함한다. 폭방향 눈금자(111)는 벨트부(110)의 폭방향을 따라 나란하게 형성된다. 길이방향 눈금자(113)는 벨트부(110)의 길이방향을 따라 나란하게 형성된다. 사선방향 눈금자(115)는 벨트부(110)의 길이방향에 대하여 경사지게 형성된다.
벨트부(110)에 폭방향 눈금자(111)와 길이방향 눈금자(113)가 형성되므로, 라인 스캔 카메라(30)에서 촬영된 라인 영상을 순차적으로 연결하여 벨트부(110)의 폭방향 픽셀 분해능과 길이방향 픽셀 분해능을 용이하게 계산할 수 있다.
또한, 사선방향 눈금자(115)가 벨트부(110)에 형성되므로, 라인 스캔 카메라(30)의 프레임 로스(frame loss)를 확인할 수 있다. 여기서, 프레임 로스는 촬영된 라인 영상을 순차적으로 연결하였을 때에 특정의 라인 영상이 촬영되지 않아 영상 프레임에서 특정의 라인 영상이 손실되는 것을 의미한다. 특정의 라인 영상이 손실되었을 때에 복수의 라인 영상이 순차적으로 연결되어 영상 프레임이 생성되면, 손실된 라인 영상이 연결될 위치에 후행하는 라인 영상이 연결되므로, 사선방향 눈금자(115)가 라인 영상이 손실 부분(117)에서 어긋나게 된다. 따라서, 작업자가 영상 프레임을 보고 라인 스캔 카메라(30)의 프레임 손실을 확인할 수 있다.
회전 롤러부(120)는 벨트부(110)를 무한궤도로 운행시키도록 벨트부(110)를 지지한다. 도 1에서는 2개의 회전 롤러부(120)가 도시되었으나 회전 롤러부(120)의 개수는 다양하게 변경 가능하다.
모터부(130)는 회전 롤러부(120)에 결합되어 회전 롤러부(120)를 회전시킨다. 모터부(130)가 구동됨에 따라 벨트부(110)가 무한궤도로 운행된다. 이때, 라인 스캔 카메라(30)가 일정한 속도로 이동되는 벨트부(110)를 촬영하므로, 철강 제품이 이동되는 상황과 유사한 조건에서 라인 스캔 카메라(30)의 초점이 정밀하게 조절될 수 있다. 다시 말해, 라인 스캔 카메라(30)는 고정된 눈금자(미도시)의 라인 영상을 촬영하는 것이 아니라 이동되는 눈금자(111,113,115)의 라인 영상을 촬영하므로, 라인 스캔 카메라(30)의 초점이 이동하는 눈금자(111,113,115)에 맞게 정밀하게 조절될 수 있다.
이때, 모터부(130)는 롤러 테이블(10)에서 철강 제품이 이송되는 속도와 동일한 속도로 벨트부(110)가 운행되도록 회전 롤러부(120)를 회전시킨다. 벨트부(110)가 회전 롤러부(120)에 의해 철강 제품의 이송 속도와 동일한 속도로 이송되므로, 라인 스캔 카메라(30)가 철강 제품과 동일한 속도로 이동하고 있는 벨트부(110)의 라인 영상을 촬영한다. 따라서, 라인 스캔 카메라(30)가 실제 상황과 거의 동일하게 눈금자(111,113,115)가 이동되는 조건에서 초점 조절될 수 있으므로, 라인 스캔 카메라(30)의 초점이 보다 정밀하게 조절될 수 있다.
엔코더(135)는 모터부(130)에 연결되어 모터부(130)의 구동 펄스 신호를 측정한다. 엔코더(135)는 구동 펄스 신호를 마이크로프로세서(150)에 전달한다.
마이크로프로세서(150)는 모터부(130)의 엔코더(135)와 라인 스캔 카메라(30)에 유선 또는 무선으로 연결된다. 마이크로프로세서(150)에는 캘리브레이션 프로그램이 내장되어 있다.
마이크로프로세서(150)는 라인 스캔 카메라(30)에 트리거 펄스 신호를 입력한다. 트리거 펄스 신호는 라인 스캔 카메라(30)가 일정 시간마다 라인 영상의 촬영을 시작하도록 하는 신호이다.
이때, 마이크로프로세서(150)는 모터부(134)의 엔코더(135)에서 측정되는 구동 펄스 신호와 롤러 테이블(10)의 구동 펄스 신호를 매칭시켜 트리거 펄스 신호를 생성한다. 여기서, 매칭(matching)은 모터부(130)의 구동 펄스 신호와 롤러 테이블(10)의 엔코더(135)에서 측정되는 구동 펄스 신호를 동일하거나 일정한 비율로 맞춘다는 의미이다. 또한, 롤러 테이블(10)의 구동 펄스 신호는 마이크로프로세서(150)에 미리 저장되거나 외부의 입력장치를 통해 마이크로프로세서(150)에 입력될 수 있다.
마이크로프로세서(150)는 트리거 펄스 신호를 라인 스캔 카메라(30)에 입력한다. 라인 스캔 카메라(30)의 트리거 펄스 신호가 롤러 테이블(10)의 구동 펄스 신호와 매칭되므로, 라인 스캔 카메라(30)는 롤러 테이블(10)이 철강 제품을 이송하는 속도와 동일한 조건에서 라인 영상을 촬영할 수 있다. 따라서, 라인 스캔 카메라(30)의 초점은 이동되는 철강 제품을 촬영할 수 있도록 최적으로 조절될 수 있다.
마이크로프로세서(150)에서는 촬영된 라인 영상이 순차적으로 연결되어 영상 프레임을 형성한다. 영상 프레임에는 벨트부(110)의 폭방향 눈금자(111), 길이방향 눈금자(113) 및 사선방향 눈금자(115)가 모두 나타난다. 따라서, 영상 프레임을 확인 한 후 라인 스캔 카메라(30)의 초점을 조정할 수 있다. 또한, 영상 프레임에 폭방향 눈금자(111)와 길이방향 눈금자(113)가 형성되므로, 영상 프레임에서 벨트부(110)의 폭방향 픽셀 분해능과 길이방향 픽셀 분해능을 용이하게 계산할 수 있다. 또한, 영상 프레임에 사선방향 눈금자(115)가 형성되므로, 사선방향 눈금자(115)가 어긋난 손실 부분(117: 도 5 참조)을 보고 프레임 손실을 확인할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라 교정장치의 작용을 설명하기로 한다.
라인 스캔 카메라 교정장치(100)가 라인 스캔 카메라(30)의 상측에 배치되는 롤러 테이블(10)에 설치된다. 이때, 벨트부(110)의 하면은 롤러 테이블(10)의 패스 라인(20)에 일치된다.
모터부(130)가 구동됨에 따라 모터부(130)의 엔코더(135)는 모터부(130)의 구동 펄스 신호를 마이크로프로세서(150)에 전송한다. 마이크로프로세서(150)는 모터부(130)의 엔코더(135)에서 측정되는 구동 펄스 신호와 롤러 테이블(10)의 구동 펄스 신호를 동일하게 매칭시켜 트리거 펄스 신호를 생성한다. 마이크로프로세서(150)는 트리거 펄스 신호를 라인 스캔 카메라(30)에 입력하여 라인 스캔 카메라(30)가 트리거 펄스 신호에 따라 벨트부(110)의 라인 영상을 촬영하도록 한다.
모터부(130)의 구동 펄스 신호가 롤러 테이블(10)의 구동 펄스 신호와 매칭되므로, 모터부(130)는 롤러 테이블(10)의 이송 속도와 동일한 속도로 벨트부(110)를 이송시킨다. 또한, 라인 스캔 카메라(30)가 트리거 펄스 신호에 따라 벨트부(110)의 라인 영상을 촬영하므로, 라인 스캔 카메라(30)가 철강 제품이 이송되는 속도와 동일하거나 유사한 조건에서 벨트부(110)의 라인 영상을 촬영한다. 따라서, 라인 스캔 카메라(30)가 실제 동작 상태와 동일한 조건에서 초점 조절될 수 있다.
또한, 벨트부(110)에 폭방향 눈금자(111), 길이방향 눈금자(113)가 형성되므로, 마이크로프로세서(150)에서 생성된 영상 프레임을 확인 한 후 라인 스캔 카메라(30)의 초점을 조정할 수 있다. 또한, 벨트부(110)에 폭방향 눈금자(111)와 길이방향 눈금자(113)가 형성되므로, 영상 프레임에서 벨트부(110)의 폭방향 픽셀 분해능과 길이방향 픽셀 분해능을 용이하게 계산할 수 있다.
또한, 벨트부(110)에 사선방향 눈금자(115)가 형성되므로, 사선방향 눈금자(115)가 어긋난 손실 부분(117)을 보고 프레임 로스를 확인할 수 있다. 또한, 프레임 로스가 발생되었을 경우, 라인 스캔 카메라(30)의 노출 시간이 트리거 펄스 신호에 최적화되도록 조절될 수 있다. 라인 스캔 카메라(30)의 노출 시간은 라인 스캔 카메라(30)의 이미지 센서에 광이 들어오는 시간을 의미한다. 라인 스캔 카메라(30)의 노출시간이 길어지거나 짧아지게 되는 경우, 라인 영상이 희미하게 촬영되거나 촬영되지 않을 수 있다. 라인 스캔 카메라(30)의 노출 시간이 조절됨에 따라 프레임 로스가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 롤러 테이블 11: 이송 롤러
20: 패스 라인 30: 라인 스캔 카메라
40: 레이저 조사부 100: 라인 스캔 카메라 교정장치
110: 벨트부 111: 폭방향 눈금자
113: 길이방향 눈금자 115: 사선방향 눈금자
117: 손실 부분 120: 회전 롤러부
130: 모터부 135: 엔코더
145: 엔코더 150: 마이크로프로세서

Claims (5)

  1. 라인 스캔 카메라의 상측에 배치되는 롤러 테이블의 이송 롤러 사이에 설치되고, 복수 방향으로 눈금자가 형성되는 벨트부;
    상기 벨트부를 무한궤도로 운행시키도록 상기 벨트부를 지지하는 회전 롤러부;
    상기 회전 롤러부에 결합되어 상기 회전 롤러부를 회전시키는 모터부;
    상기 모터부에 연결되어 상기 모터부의 구동 펄스 신호를 측정하는 엔코더; 및
    상기 엔코더와 상기 라인 스캔 카메라에 연결되고, 상기 라인 스캔 카메라에 트리거 펄스 신호를 입력하는 마이크로프로세서를 포함하고,
    상기 벨트부는,
    상기 벨트부의 폭방향으로 형성되는 폭방향 눈금자;
    상기 벨트부의 길이방향으로 형성되는 길이방향 눈금자; 및
    상기 벨트부의 길이방향에 대하여 경사지게 형성되는 사선방향 눈금자를 포함하고,
    상기 마이크로프로세서는 상기 라인 스캔 카메라에서 촬영된 라인 영상을 순차적으로 연결하여 영상 프레임을 형성하고, 상기 영상 프레임에서 상기 사선방향 눈금자의 손실 부분인 프레임 로스가 확인되는 경우, 상기 라인 스캔 카메라의 노출 시간을 상기 트리거 펄스 신호에 대응되게 조절하는 것을 특징으로 하는 라인 스캔 카메라 교정장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 벨트부는,
    상기 회전 롤러부의 하측에 위치되는 부분이 상기 롤러 테이블의 패스 라인과 일치되게 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 스캔 카메라 교정장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 미리 입력된 상기 롤러 테이블의 구동 펄스 신호와, 상기 모터부의 상기 엔코더에서 측정되는 구동 펄스 신호를 매칭시켜 트리거 펄스 신호를 생성하고, 트리거 펄스 신호를 상기 라인 스캔 카메라에 입력하는 것을 특징으로 하는 라인 스캔 카메라 교정장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 모터부는 상기 롤러 테이블에서 철강 제품이 이송되는 속도와 동일한 속도로 상기 벨트부가 운행되도록 상기 회전 롤러부를 회전시키는 것을 특징으로 하는 라인 스캔 카메라 교정장치.
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