KR102140627B1 - 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징의 내부에 렌즈모듈이 밀폐된 상태로 설치되는 비전 검사용 카메라 조립체로서, 상기 렌즈모듈은, 경통부; 상기 경통부의 외주면에 오링을 매개로 고정되고 일정간격 이격된 상태로 설치된 초점링 및 조리개링; 상기 경통부의 단부가 삽입고정되고 상기 초점링 및 상기 조리개링와 각각 기어연결되어 구동시키는 구동모터가 장착된 장착 브라켓; 및 상기 장착 브라켓의 일측에 연결되고 상기 구동모터와 전기적으로 연결된 모터 PCB를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체{Camera assembly for vision inspection with driving module}

본 발명은 카메라 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 자동용접에서는 용접심(weld seam)의 추적기능이 요구된다. 이러한 용접심의 추적기능의 일예로 레이저 센서를 이용하여 용접심의 단차정보를 검출하여 용접심을 인식하는 방식이 있다.

한편 철판 맞대기 용접과 같이 용접심의 간극이 매우 미세한 경우, 레이저 센서를 이용한 용접심의 추적 방식은 높은 수준의 레이저의 검출 민감도를 확보해야 한다.

그러나 레이저 센서를 이용하는 방식의 경우 주변 용접 작업에서 발생하는 흄(fume)이나 이물질에 의해 감도에 영향을 받을 수 있어 높은 수준의 레이저 검출 민감도를 확보하기 어려운 문제가 있다.

다음으로 종래의 용접심 추적 방식으로는 비전 검사용 카메라를 이용한 방식이 있다.

비전 검사용 카메라를 이용한 방식은 용접 작업시 용접심을 추적하거나 용접상태를 렌즈를 통해 실시간으로 촬영하여 모니터로 확인할 수 있다.

구체적으로 종래의 비전 검사용 카메라의 구조를 살펴보면, 촬상소자가 구비된 카메라 모듈과 이 카메라 모듈을 수용하는 하우징을 포함하고 있으며, 카메라 모듈의 카메라 전면에는 수동 초점조절과 수동 조리개 조절 기능이 구비된 FA용 렌즈가 채용되고 있다.

이러한 종래의 비전 검사용 카메라는 수동 렌즈가 채용되어 렌즈와 피사체 간의 촬영거리가 일정하게 고정되어야 하며, 다양한 조도하에서는 조명을 사용하거나 조리개를 조여야만 양호한 화질을 획득할 수 있다.

이러한 수동 렌즈를 이용한 비전 검사용 카메라는 일반적으로 촬영시 렌즈의 초점과 조리개를 미리 설정한 상태로 변경없이 촬영이 이루어지게 된다.

그러나 통상의 용접환경에서 비전 검사용 카메라는 피사체(용접점)와 수동렌즈 간의 거리가 일정하지 않고 초점이 수시로 변경될 수 있고, 경우에 따라 용접시 발생하는 광(光)의 밝기도 용접종류 및 용접방식에 따라 다르다. 따라서 종래의 비전 검사용 카메라에는 피사체와의 변경되는 거리와 주변 밝기에 따라 수동렌즈의 초점과 조리개를 촬영 중간에 수동으로 변경해야 하는 문제가 발생된다.

즉 종래의 비전 검사는 고온이면서 흄 등이 발생하는 열악한 환경(용접상황)에서 사실상 수동렌즈의 초점과 조리개를 수동으로 조절하기 어려운 점이 있다. 따라서 종래의 비전 검사용 카메라의 작업효율에 대한 개선의 요구가 증대되고 있다.

또한 종래의 비전 검사용 카메라에 적용되는 수동렌즈는 초점이나 조리개의 조작링이 경통상에 다수의 고정볼트로 고정된다. 따라서 조작링의 고정력은 원주방향에서 균일하게 조정하기 어려워 축방향에서 편심을 야기한다. 또한 경통의 외주면에 볼트의 하부가 가압된 상태로 고정이 이루어지므로 경통의 표면을 손상시키거나 경통 일부의 변형을 야기할 우려가 있다.

아울러 종래의 비전 검사용 카메라는 밀폐성능을 보장할 수 없어 장치 내부로 흄(fume)이나 외부의 이물질이 유입되고, 그로 인해 내부의 촬상소자나 PCB가 전기적으로 손상되는 문제도 제기되고 있다.

<선행문헌 1> : 대한민국 실용신안공개 제2012-0003611호(공개일자: 2012년 05월 24일)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 용접상황하에서 피사체와의 거리가 변경되거나 주변의 조도가 변경되더라도 실시간으로 초점과 조리개를 조절하여 양호한 화질을 확보할 수 있으며, 조작링을 렌즈 경통의 외주면에 균일하게 고정하여 편심작동하는 것을 방지할 수 있으며, 스패터로 인한 화질 저하도 개선할 수 있는 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 하우징의 내부에서 렌즈모듈이 밀폐된 상태로 설치되는 비전 검사용 카메라 조립체로서, 상기 렌즈모듈은, 경통부; 상기 경통부의 외주면에 오링(O-ring)을 매개로 고정되고 일정간격 이격된 상태로 설치된 초점링 및 조리개링; 상기 초점링과 상기 조리개링과 각각 기어연결되고 이들을 구동시키는 구동모터; 상기 경통부의 단부가 삽입되어 고정되는 장착 브라켓; 및 상기 장착 브라켓의 일측에 연결되고 상기 구동모터와 전기적으로 연결된 모터 PCB를 포함하여 이루어진 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체가 제공된다.

상기 구동모터는 상기 초점링과 기어연결된 복수의 제1 모터와 상기 조리개링에 연결된 제2 모터로 구성되며, 상기 복수의 제1 모터는 상기 장착 브라켓의 전방에 배치된 모터 장착 브라켓에 각각 고정되고, 상기 제2 모터는 상기 장착 브라켓에 고정된 것일 수 있다.

상기 모터 장착 브라켓은, 상기 모터 장착 브라켓의 중앙으로 상기 경통부가 통과하는 중공영역이 형성되고, 상기 모터 장착 브라켓의 양측으로 상기 복수의 제1 모터가 각각 장착되는 제1 장착부 및 제2 장착부가 형성된 것일 수 있다.

상기 장착 브라켓은, 상기 장착 브라켓의 중앙에 상기 경통부의 단부가 삽입되는 장착영역이 형성되고, 상기 장착영역의 상부와 하부에는 고정볼트가 체결되어 상기 경통부의 단부를 고정하는 것일 수 있다.

상기 경통부의 전방으로는 중앙에 핀홀이 형성된 핀홀부재가 장착된 것일 수 있다.

상기 하우징의 전방으로는 광학필터가 장착된 전면 플레이트가 설치되어 상기 하우징의 내부를 밀폐시키는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 경통부의 외주면에 오링을 통해 초점링 및 조리개링을 장착하고 구동모터를 통해 구동시킬 수 있어, 용접시 주변환경에 따라 렌즈의 초점과 조리개를 실시간으로 변경할 수 있어 작업효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

아울러 하우징의 전면 플레이트에 광학필터를 장착함으로써 필요에 따라 다양한 광학필터를 용이하게 교체하여 사용할 수 있으며, 또한 전면 플레이트와 보호 투광판의 틈으로 유입될 수 있는 흄이나 먼지가 있더라도, 이들이 렌즈측으로 유입되는 것을 2차적으로 방지할 수 있다.

또한 초점링과 조리개링을 경통부에 고정함에 있어서 종래에 다수의 볼트로 고정하는 방식과 달리 원주방향으로 균일한 고정력을 확보할 수 있고, 경통부의 전방에 장착된 핀홀부재는 용접아크에서 발생한 섬광이 렌즈에 유입되는 광량을 감쇄시키는 역할뿐만 아니라, 렌즈의 수광영역이 핀홀 영역만큼으로 제한되게 함으로써 투광판의 전면에 스패터가 광범위하게 산포되더라도 스패터에 의한 난반사 영역을 렌즈 중앙부 상의 핀홀 영역만큼만 축소되게 하여 난반사량을 대폭 감소시킬 수 있고, 이를 통해 양호한 화질을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체의 보호 구성을 보여주는 분해 사시도,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체의 구동모듈의 사시도,
도 3b는 도 3a의 분해 사시도,
도 4a 및 도 4b는 장착 브라켓에 구동모터가 결합된 상태를 나타내는 분해 사시도,
도 5는 도 3a의 정면도,
도 6은 도 5의 B-B의 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 장착 브라켓에 구동모터가 결합된 상태를 나타내는 사시도, 및
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 장착 브라켓에 구동모터가 분해된 상태를 나타내는 분해 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 갖는다. 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 첨부된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 비전 검사용 카메라 조립체는 하우징(10)의 내부에 렌즈모듈(50)이 수용된 상태로 설치되며, 하우징(10)의 전방으로는 고정 브라켓(20)을 통해 보호 투광판(30)이 장착된다. 한편 하우징(10)의 상단에는 장치의 고정을 위한 마운트부(11)가 형성된다.

도 2를 참조하면, 하우징(10)의 전방으로는 전면 플레이트(70), 광학필터(40), 패킹폼(35), 보호 투광판(30), 및 고정 브라켓(20)이 순차적으로 결합된다.

상기한 구성에서 하우징(10)의 선단에는 전면 플레이트(70)의 고정을 위해 고정볼트(B1,B2)가 상하로 각각 관통장착된다. 이때 전면 플레이트(70)에는 중앙에 필터 장착공(71)이 형성되고, 이 필터 장착공(71)에는 광학필터(40)가 장착된다. 이때 광학필터(40)는 UV필터, ND필터, 또는 CPL(원형 편광 필터) 등이 적용될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 렌즈 모듈(50)이 장착된 하우징(10)의 전방을 전면 플레이트(70)와 패킹폼(35) 및 보호 투광판(30)을 통해 밀폐할 수 있어 외부의 이물질이나 흄 등이 장치 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 즉 보호 투광판(30)은 패킹 폼(35)을 통해 전면 플레이트(70)의 주변에 밀착된다. 이를 위해 고정 브라켓(20)은 보호 투광판(30)을 밀착한 상태로 전면 플레이트(70)의 전방에 장착된다. 여기서 고정 브라켓(20)은 개방영역(21)이 형성되고 상부에는 파지부(23)가 형성된 파지부(23)에는 제1 고정후크(23a)가 형성되고, 하부에도 고정후크(미도시)가 형성되어 전면 프레이트(70)에 장착된다. 미설명 부호 22는 안내부이다.

이러한 구성에 의해 보호 투광판(30)은 고정 브라켓(20)을 통해 전면 플레이트(70)에 용이하게 장착 및 분리가 가능하여 교체작업을 용이하게 할 수 있다.

도 3a, 3b 및 도 6 내지 8을 참조하면, 본 발명의 비전 검사용 카메라 조립체의 구동모듈은 조리개 조절영역을 구비한 경통부(83)와 경통부(83)의 단부가 삽입장착되는 장착 브라켓(84)과, 장착 브라켓(84)의 양측에 고정된 제1 구동모터(M1)과, 제2 구동모터(M2), 및 경통부(83)의 전방에 장착된 핀홀부재(51)를 포함한다.

구체적으로 경통부(83)의 외주면에는 경통부(83)를 회전시켜 렌즈 초점을 자동으로 맞추는 초점링(81)과 렌즈의 조리개를 자동으로 조절하는 조리개링(82)이 일정간격을 두고 설치된다. 이때 도 6을 참조하면 초점링(81)과 조리개링(82)은 그 내부에 오링(81b 및 82b)이 장착되어 경통부(83)의 외주면에 각각 고정설치된다. 이때 오링(81b,82b)은 탄성을 갖는 고무나 실리콘 재질로 이루어질 수 있다. 따라서 오링(81b,82b)은 경통부(83)의 외주면에 밀착된 상태로 설치되고 오링(81b,82b)의 마찰력에 의해 경통부(83)를 미끄러지지 않게 회전시킬 수 있다. 즉 본 발명에서 경통부(83)의 초점과 조리개 조절영역은 이에 각각 고정된 초점링(81)과 조리개링(82)을 구동모터(M1,M2)로 구동시킴으로써 자동으로 조절될 수 있다.

즉, 초점링(81)과 조리개링(82)은 오링(81b,82b)을 매개로 경통부(83)에 각각 밀착된 상태로 설치됨으로써 종래의 다수의 볼트를 통해 고정한 경우보다 원주방향으로의 균일한 고정력을 확보할 수 있다. 즉 경통부(83)가 축방향에서 일측방향으로 편심되는 것을 방지할 수 있다. 또한 경통부(83)의 일부가 눌려서 변형되는 것도 방지할 수 있다.

한편 장착 브라켓(84)은 중앙에 장착영역(84h)이 형성되고 이 장착영역(84h)을 중심으로 일측에는 고정블럭(85)을 통해 제1 구동모터(M1)가 장착되고 타측으로는 제2 구동모터(M2)가 설치된다. 또한 장착영역(84h)의 상부와 하부에는 각각 고정볼트(B1,B2)가 관통체결된다. 이 고정볼트(B1,B2)는 장착 브라켓(84)의 장착영역(84h)으로 경통부(83)의 단부가 삽입되면, 이 상태로 고정볼트(B1,B2)를 체결하여 경통부(83)의 고정상태를 유지할 수 있다.

즉 종래에는 경통부(83)가 나사체결방식으로 장착 브라켓(84)에 체결되었다. 따라서 나사산의 회전반경에 따라 경통부(83)의 설치각도가 바뀌고 정밀한 체결성능도 확보할 수 없었다. 반면 본 발명에서는 고정볼트(B1,B2; 무두볼트)를 통해 경통부(83)의 단부를 간편하게 고정할 수 있고, 설치각도가 바뀌는 등의 종래의 문제점을 개선할 수 있다. 또한 고정볼트(B1,B2)의 고정상태만 해제하는 것으로 렌즈 모듈의 교체를 보다 용이하게 할 수 있다.

한편 장착 브라켓(84)의 이면으로는 모터 PCB(86)가 장착된다. 모터 PCB(86)는 구동모터(M1,M2)와 전기적으로 연결되어 구동을 제어할 수 있다. 구체적으로 중앙에는 일정면적의 관통공(86h)이 형성되고, 이 관통공(86h)의 주변에는 제2 구동모터(M2)가 관통되는 보조 관통공(87)이 형성된다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 초점링(81)은 2개의 모터(M1,M1')를 통해 신속한 초점조정이 가능하도록 구성할 수 있다. 즉 초점링(81)에 2개의 모터(M1,M1')를 연결함으로써 보다 강한 구동력으로 초점링(81)을 회전시키도록 구성할 수 있다.

구체적으로 장착 브라켓(84)의 전방으로는 모터 장착 브라켓(800)이 장착된다. 모터 장착 브라켓(800)은 그의 중앙으로 경통부(83)가 통과하는 중공영역(830)이 형성되고, 모터 장착 브라켓(800)의 양측으로 한 쌍의 제1 모터(M1,M1')들이 각각 장착된다. 이때 한 쌍의 제1 모터(M1,M1')의 견고한 고정을 위해 모터 장착 브라켓(800)의 양측 가장자리에는 오목하게 형성된 제1 장착부(810)와 제2 장착부(820)가 형성된다.

이와 같이 다른 실시예에서는 별도의 모터 장착 브라켓(800)을 장착 브라켓(84)의 전방에 배치하고, 이 모터 장착 브라켓(800)의 제1 장착부(810)와 제2 장착부(820)에 각각 한 쌍의 모터(M1,M1')들을 설치한다.

따라서 한 쌍의 모터(M1,M1')들은 초점링(81)의 기어부(81a)의 양측에 각각 기어연결되어 보다 안정적으로 초점링(81)을 구동시킬 수 있고 보다 강한 구동력으로 초점링(81)의 회전을 신속하고 확실하게 구동시킬 수 있다.

한편 본 실시예에서는 제2 구동모터(M2)는 장착 브라켓(84)에 설치되어 조리개링(82)의 기어부(82a)와 연결되어 조리개링(82)을 구동시키도록 구성된다.

또한 본 발명은 경통부(83)의 전방으로 핀홀부재(51)가 장착된다. 이 핀홀부재(51)는 도 3a와 같이 중심에는 핀홀(52)이 형성되고, 이 핀홀(52)에 가깝게 감소된 지름을 갖는 다단의 차광영역(53)이 형성된다. 이때 핀홀부재(51)는 경통부(83)의 전방에 나사체결되는 것으로 고정될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 핀홀부재(51)는 용접 상황에서 촬상하는 경우에 보호 투광판(30)의 주변에 다수의 먼지나 스패터가 부착되는데 부착된 스패터 등은 난반사를 야기함으로써 화질이 저하되는 문제가 발생된다.

즉 감소된 지름을 갖는 다단의 차광영역(53)이 형성된 핀홀부재(51)를 경통부(83)의 전방에 설치함으로써 렌즈의 중앙부위 핀홀을 통한 광의 입사각 이외에 부착된 스패터에 의한 난반사 요인을 제거할 수 있어 양호한 화질을 얻을 수 있다.

한편 경우에 따라 깊은 심도를 위해 조리개값을 최대치에 가깝게 조이는 경우 회절현상이 발생되어 양호한 화질을 얻을 수 없는 경우가 발생한다. 또한 조리개를 지나치게 개방하는 경우에는 대량의 빛이 촬상소자에 노출(노출오버)되어 양호한 화질을 얻을 수 없게 된다. 이 경우 핀홀부재(51)는 다단의 차광영역(53)을 통해 차광효과를 발생함으로써 양호한 화질을 보장할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 경통부(83)의 외주면에 오링(81b,82b)을 통해 초점링 (81a) 및 조리개링(82)을 장착하고 구동모터(M1,M2)를 통해 구동시킬 수 있어, 용접방식이나 용접상황에 따라 렌즈의 초점과 조리개를 자동으로 변경할 수 있어 작업효율을 개선할 수 있다.

또한 본 발명은 종래에 조작링의 고정시 다수의 볼트로 고정하는 방식에 비해 렌즈를 균일한 고정력으로 고정시킴으로써 편심회전을 방지한다. 또한 경통부(83)의 전방에 장착된 핀홀부재(51)를 통해 보호 투광판(30)의 주변에 부착된 스패터에 의한 난반사나 노출오버 등을 방지함으로써 양호한 화질을 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 하우징
20: 고정 브라켓
21: 개방영역
22: 안내부
23: 파지부
23a: 제1 고정후크
30: 보호 투광판
35: 패킹폼
40: 광학필터
50: 렌즈모듈
51: 핀홀부재
52: 핀홀
53: 차광영역
60: LED 부재
70: 전면 플레이트
81: 초점링
82: 조리개링
81a,82a: 기어부
83: 경통부
84: 장착브라켓
85: 고정블럭
86: 모터 PCB
800: 모터 장착 브라켓
810: 제1 장착부
820: 제2 장착부
830: 중공영역

Claims (6)

1. 하우징의 내부에 렌즈모듈이 설치되어 용접 작업 상황에 따라 렌즈의 초점과 조리개를 실시간으로 조절할 수 있게 하는 비전 검사용 카메라 조립체로서,
   상기 렌즈모듈은,
   경통부;
   상기 경통부의 외주면에 오링(O-ring)을 매개로 고정되고 일정간격으로 이격된 상태로 배치된 초점링 및 조리개링;
   상기 초점링과 상기 조리개링과 각각 기어연결되고 이들을 구동시키는 구동모터;
   상기 경통부의 단부가 중앙에 삽입되어 고정되고 상기 구동모터가 주변에 장착된 장착 브라켓; 및
   상기 구동모터와 전기적으로 연결되어 상기 초점링과 상기 조리개링을 실시간으로 구동시키도록 상기 구동모터를 구동제어하는 모터 PCB를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동모터는 상기 초점링과 기어연결된 복수의 제1 모터와 상기 조리개링에 연결된 제2 모터로 구성되며,
   상기 복수의 제1 모터는 상기 장착 브라켓의 전방에 배치된 모터 장착 브라켓에 각각 고정되고,
   상기 제2 모터는 상기 장착 브라켓에 고정된 것을 특징으로 하는 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 모터 장착 브라켓은,
   상기 모터 장착 브라켓의 중앙으로 상기 경통부가 통과하는 중공영역이 형성되고,
   상기 모터 장착 브라켓의 양측으로 상기 복수의 제1 모터가 각각 장착되는 제1 장착부 및 제2 장착부가 형성된 것을 특징으로 하는 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 장착 브라켓은,
   상기 장착 브라켓의 중앙에 상기 경통부의 단부가 삽입되는 장착영역이 형성되고,
   상기 장착영역의 상부와 하부에는 고정볼트가 체결되어 상기 경통부의 단부를 고정하는 것을 특징으로 하는 구동모듈을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체.
5. 삭제
6. 삭제

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