KR102199505B1 - Apparatus and method for inspecting contamination of welding tip based on fisheye camera - Google Patents
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Abstract
본 발명은 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 이는 서로 마주보는 한쌍의 용접팁을 동시에 측면 촬영하는 어안 카메라; 상기 어안 카메라를 통해 상기 한쌍의 용접팁 진입구에 부착된 교정판을 촬영 및 분석하여 카메라 교정 정보를 획득 및 저장하는 카메라 교정부; 상기 한쌍의 용접팁 각각을 정면에서 바라보는 제1 및 제2 가상 카메라를 설정하고, 카메라 영상의 시점을 어안 카메라 시점에서 제1 및 제2 가상 카메라 각각의 시점으로 변환하기 위한 제1 및 제2 시점 변환 정보를 획득 및 저장하는 시점 변환 정보 관리부; 상기 어안 카메라를 통해 한쌍의 용접팁이 동시 촬영된 카메라 영상이 획득되면, 상기 카메라 교정 정보에 따라 상기 카메라 영상의 카메라 렌즈 왜곡을 제거하여 보정 영상을 생성하는 카메라 왜곡 제거부; 상기 보정 영상을 상기 한쌍의 용접팁 중 하나가 촬영된 제1 영상과 나머지가 촬영된 제2 영상으로 분할한 후, 상기 제1 및 제2 시점 변환 정보에 따라 상기 제1 및 제2 영상의 시점을 변환하는 영상 시점 변환부; 및 상기 제1 및 제2 영상 각각에 기반하여 제1 및 제2 용접팁 각각의 오염도 검사를 동시 수행하는 용접팁 검사부를 포함한다. The present invention relates to a welding tip contamination inspection apparatus and method based on a fisheye camera, which includes a fisheye camera for simultaneously photographing a pair of welding tips facing each other; A camera calibration unit for obtaining and storing camera calibration information by photographing and analyzing the calibration plate attached to the pair of welding tip entrances through the fisheye camera; First and second for setting the first and second virtual cameras facing each of the pair of welding tips from the front, and for converting the viewpoint of the camera image from the viewpoint of the fisheye camera to the viewpoint of each of the first and second virtual cameras A viewpoint transformation information management unit for obtaining and storing viewpoint transformation information; A camera distortion removing unit configured to generate a corrected image by removing camera lens distortion of the camera image according to the camera correction information when a camera image in which a pair of welding tips are simultaneously photographed is obtained through the fisheye camera; After dividing the corrected image into a first image in which one of the pair of welding tips is photographed and a second image in which the remainder is photographed, the viewpoint of the first and second images according to the first and second viewpoint conversion information An image view converting unit for converting the image; And a welding tip inspection unit that simultaneously performs a contamination level inspection of each of the first and second welding tips based on each of the first and second images.
Description
본 발명은 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 최소화된 검사 장비로 용접팁 오염도 검사 동작을 수행할 수 있도록 하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a welding tip contamination level inspection apparatus and method based on a fisheye camera, and more particularly, to a welding tip contamination level inspection apparatus and method based on a fisheye camera that enables the welding tip contamination level inspection operation to be performed with a minimized inspection equipment.
일반적으로 스폿 용접(spot welding)은 저항용접기술의 일종으로, 용접하기 위한 금속판재를 두 장 또는 세 장을 포개어 한 쌍의 스폿 용접건 사이에 배치한 상태에서 한 쌍의 스폿 용접건으로 가압한 후 스폿 용접건에 전류를 인가하여 그로부터 발생되는 저항발열을 이용하여 금속판재를 용접하는 방식이다. 이러한 스폿 용접은 점용접이라고도 하는데, 용접시간이 짧다는 이점이 있어 박판 용접(thine plate welding)에 널리 사용되고 있다.In general, spot welding is a type of resistance welding technology.After placing two or three metal sheets for welding and placing them between a pair of spot welding guns, pressurized with a pair of spot welding guns. This is a method of welding a metal plate by applying a current to a spot welding gun and using resistance heating generated therefrom. Such spot welding, also referred to as spot welding, has the advantage of short welding time and is widely used in thin plate welding.
스폿 용접에서 금속 접합시 용접 후 모재의 일부가 스폿 용접건 끝에 묻어 스폿 용접건을 장기간 사용할 수 없게 된다. 이를 방지하고자 스폿 용접건 끝에 구리 소재의 용접팁을 부착시켜 스폿 용접건을 보호하고 있다.During metal bonding in spot welding, a part of the base material after welding is buried at the tip of the spot welding gun, making it impossible to use the spot welding gun for a long time. To prevent this, the spot welding gun is protected by attaching a copper welding tip to the end of the spot welding gun.
좋은 품질의 용접이 수행되기 위해서는 용접팁의 상태가 중요하다. 그런데 100∼200회 용접시 용접팁 끝이 오염되어 사용할 수 없게 된다. 이때 드레서(ATD: Auto Tip Dressor)를 이용하여 용접팁 끝을 연마한다. 드레서(ATD)를 이용하여 오염된 용접팁 끝을 깍아낸 후 용접팁 검사장치를 통해 용접팁 단면에 이물질이 남지 않았는지를 검사한다. 검사결과 불량이면 용접팁 이송 건(GUN)으로 용접팁을 드레서(ATD)로 이송하여 용접팁을 연마한다. 통상적으로 드레서(ATD)와 용접팁 검사장치는 하나의 패키지로 결합되어 설치된다.In order to perform good quality welding, the condition of the welding tip is important. However, when welding 100 to 200 times, the end of the welding tip is contaminated and cannot be used. At this time, use a dresser (ATD: Auto Tip Dressor) to polish the end of the welding tip. After using a dresser (ATD) to cut off the contaminated welding tip end, inspect whether there are any foreign substances left on the end face of the welding tip through a welding tip inspection device. If the inspection result is defective, the welding tip is transferred to the dresser (ATD) with a welding tip transfer gun (GUN) to grind the welding tip. Typically, a dresser (ATD) and a welding tip inspection device are combined and installed in one package.
이러한 용접팁 오염도 검사는 오염 영역의 수치에 기반하여 수행되므로, 용접팁을 정면에서 촬영한 영상의 획득이 필요하다. Since the welding tip contamination test is performed based on the numerical value of the contamination area, it is necessary to acquire an image of the welding tip from the front.
이에 종래에서는 도 1에서와 같이, 한쌍의 용접팁(11,12) 각각에 대응되는 2개의 카메라(330,360)와, 카메라(330,360) 각각에 용접팁(11,12) 각각의 선단경 영상을 미러 방식으로 획득 및 제공하는 반사경(340,370)을 구비하고, 이들을 통해 용접팁을 정면에서 바라보는 영상을 획득 및 분석하여, 한쌍의 용접팁(11,12) 각각의 오염도를 검사하도록 한다. Accordingly, in the related art, as shown in FIG. 1, the two
다만, 두 개의 카메라와 반사경을 이용한 경우, 증가된 부품 개수와 장치 부피로 인해 스폿 용접 장치의 활동 간섭 요인으로 작용하게 되는 문제가 발생한다. However, in the case of using two cameras and a reflector, there arises a problem that acts as an interference factor in the activity of the spot welding device due to the increased number of parts and the volume of the device.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 두 개의 카메라와 두 개의 반사경을 하나의 어안 카메라로 대체할 수 있도록 하는 새로운 방식의 용접팁 오염도 검사 장치 및 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention is to provide a new type of welding tip contamination inspection apparatus and method for replacing two cameras and two reflectors with a single fisheye camera.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 서로 마주보는 한쌍의 용접팁을 동시에 측면 촬영하는 어안 카메라; 상기 어안 카메라를 통해 상기 한쌍의 용접팁 진입구에 부착된 교정판을 촬영 및 분석하여 카메라 교정 정보를 획득 및 저장하는 카메라 교정부; 상기 한쌍의 용접팁 각각을 정면에서 바라보는 제1 및 제2 가상 카메라를 설정하고, 카메라 영상의 시점을 어안 카메라 시점에서 제1 및 제2 가상 카메라 각각의 시점으로 변환하기 위한 제1 및 제2 시점 변환 정보를 획득 및 저장하는 시점 변환 정보 관리부; 상기 어안 카메라를 통해 한쌍의 용접팁이 동시 촬영된 카메라 영상이 획득되면, 상기 카메라 교정 정보에 따라 상기 카메라 영상의 카메라 렌즈 왜곡을 제거하여 보정 영상을 생성하는 카메라 왜곡 제거부; 상기 보정 영상을 상기 한쌍의 용접팁 중 하나가 촬영된 제1 영상과 나머지가 촬영된 제2 영상으로 분할한 후, 상기 제1 및 제2 시점 변환 정보에 따라 상기 제1 및 제2 영상의 시점을 변환하는 영상 시점 변환부; 및 상기 제1 및 제2 영상 각각에 기반하여 제1 및 제2 용접팁 각각의 오염도 검사를 동시 수행하는 용접팁 검사부를 포함하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치를 제공한다. As a means for solving the above problem, according to an embodiment of the present invention, a fisheye camera for simultaneously photographing a pair of welding tips facing each other; A camera calibration unit for obtaining and storing camera calibration information by photographing and analyzing the calibration plate attached to the pair of welding tip entrances through the fisheye camera; First and second for setting the first and second virtual cameras facing each of the pair of welding tips from the front, and for converting the viewpoint of the camera image from the viewpoint of the fisheye camera to the viewpoint of each of the first and second virtual cameras A viewpoint transformation information management unit for obtaining and storing viewpoint transformation information; A camera distortion removing unit configured to generate a corrected image by removing camera lens distortion of the camera image according to the camera correction information when a camera image in which a pair of welding tips are simultaneously photographed is obtained through the fisheye camera; After dividing the corrected image into a first image in which one of the pair of welding tips is photographed and a second image in which the remainder is photographed, the viewpoint of the first and second images according to the first and second viewpoint conversion information An image view converting unit for converting the image; And it provides a welding tip contamination level inspection apparatus based on a fisheye camera including a welding tip inspection unit that simultaneously performs contamination level inspection of each of the first and second welding tips based on each of the first and second images.
상기 카메라 교정부는 상기 격자 패턴으로부터 다수의 특징점을 추출 및 분석하여 카메라 교정 정보를 획득 및 저장하며, 상기 카메라 교정 정보는 카메라 내부 매개변수, 카메라 외부 매개변수, 룩업 테이블 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. The camera calibration unit extracts and analyzes a plurality of feature points from the grid pattern to obtain and store camera calibration information, and the camera calibration information includes at least one of a camera internal parameter, a camera external parameter, and a lookup table. To do.
상기 시점 변환 정보 관리부는 제1 및 제2 가상 카메라 각각의 설정 정보를 사전 획득 및 저장하며, 상기 설정 정보는 용접팁과의 거리와 카메라 초점 거리에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다. The viewpoint conversion information management unit pre-acquires and stores setting information of each of the first and second virtual cameras, and the setting information includes information on a distance to a welding tip and a focal length of the camera.
상기 시점 변환 정보 관리부는 상기 설정 정보에 기반하여 영상 좌표계와 가상 카메라 좌표계간 물리적 위치 관계를 파악하고, 상기 카메라 외부 매개변수로부터 영상 좌표계와 어안 카메라 좌표계간 물리적 위치 관계를 파악한 후, 상기 영상 좌표계를 매개로 하여 어안 카메라 좌표계와 가상 카메라 좌표계간 위치 관계를 유추 및 분석하여 시점 변환 정보 각각을 획득하는 것을 특징으로 한다. The viewpoint conversion information management unit determines the physical positional relationship between the image coordinate system and the virtual camera coordinate system based on the setting information, and determines the physical positional relationship between the image coordinate system and the fisheye camera coordinate system from the camera external parameter, and then determines the image coordinate system. It is characterized by inferring and analyzing a positional relationship between a fisheye camera coordinate system and a virtual camera coordinate system as a medium to obtain each viewpoint transformation information.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 서로 마주보는 한쌍의 용접팁 사이에 위치되는 어안 카메라를 통해 상기 한쌍의 용접팁 중 적어도 하나에 부착된 격자 패턴을 촬영 및 분석하여 카메라 교정 정보를 획득 및 저장하는 단계; 상기 한쌍의 용접팁 각각을 정면에서 바라보는 제1 및 제2 가상 카메라를 설정하고, 카메라 영상의 시점을 어안 카메라 시점에서 제1 및 제2 가상 카메라 각각의 시점으로 변환하기 위한 제1 및 제2 시점 변환 정보를 획득 및 저장하는 단계; 상기 어안 카메라를 통해 한쌍의 용접팁이 동시 촬영된 카메라 영상이 획득되면, 상기 카메라 교정 정보에 따라 상기 카메라 영상의 카메라 렌즈 왜곡을 제거하여 보정 영상을 생성하는 단계; 상기 보정 영상을 상기 한쌍의 용접팁 중 하나가 촬영된 제1 영상과 나머지가 촬영된 제2 영상으로 분할한 후, 상기 제1 및 제2 시점 변환 정보에 따라 상기 제1 및 제2 영상의 시점을 변환하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 영상 각각에 기반하여 제1 및 제2 용접팁 각각의 오염도 검사를 동시 수행하는 단계를 포함하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 방법을 제공한다. As a means for solving the above problem, according to another embodiment of the present invention, photographing and analyzing a grid pattern attached to at least one of the pair of welding tips through a fisheye camera positioned between a pair of welding tips facing each other Obtaining and storing camera calibration information; First and second for setting the first and second virtual cameras facing each of the pair of welding tips from the front, and for converting the viewpoint of the camera image from the viewpoint of the fisheye camera to the viewpoint of each of the first and second virtual cameras Obtaining and storing view change information; Generating a correction image by removing camera lens distortion of the camera image according to the camera correction information when a camera image in which a pair of welding tips are simultaneously photographed is obtained through the fisheye camera; After dividing the corrected image into a first image in which one of the pair of welding tips is photographed and a second image in which the remainder is photographed, the viewpoint of the first and second images according to the first and second viewpoint conversion information Converting; And simultaneously performing a contamination level inspection of each of the first and second welding tips based on each of the first and second images.
본 발명은 두 개의 카메라와 두 개의 반사경을 하나의 어안 카메라로 대체할 수 있도록 함으로써, 장치 구현에 소요되는 비용과 부피가 획기적으로 감소될 수 있도록 한다. The present invention makes it possible to replace two cameras and two reflectors with one fisheye camera, so that the cost and volume required to implement the device can be drastically reduced.
그리고 어안 카메라를 통해 획득되는 카메라 영상에 포함된 렌즈 왜곡을 제거하고, 또한 어안 카메라의 촬영 시점을 용접팁의 정면 시점으로 변환한 후, 용접팁 오염도 검사를 수행할 수 있도록 함으로써, 오염 영역의 정확한 수치화가 가능하도록 한다. 즉, 오염 영역을 보다 정확히 검출하고 수치화할 수 있도록 함으로써, 용접팁 오염도 검사의 신뢰성을 보장할 수 있도록 한다. In addition, by removing lens distortion included in the camera image acquired through the fisheye camera and converting the shooting point of the fisheye camera to the front view point of the welding tip, the welding tip contamination level inspection can be performed. Make it possible to quantify. That is, the contamination area can be more accurately detected and quantified, thereby ensuring the reliability of the welding tip contamination level inspection.
도 1은 종래의 기술에 따른 용접팁 오염도 검사 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 카메라 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 초기화 방법을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치에 적용되는 어안 카메라 좌표계, 가상 카메라 좌표계간 물리적 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접팁 오염도 검사 방법을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a welding tip contamination inspection apparatus according to the prior art.
2 is a view showing a welding tip contamination level inspection apparatus based on a fisheye camera according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for describing a viewpoint of a virtual camera according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a device initialization method according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams for explaining a physical positional relationship between a fisheye camera coordinate system and a virtual camera coordinate system applied to a welding tip contamination level inspection apparatus based on a fisheye camera according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a welding tip contamination inspection method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of users or operators.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various different forms. These embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is defined by the scope of the claims. It just becomes. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치를 도시한 도면이다. 2 is a view showing a welding tip contamination inspection apparatus based on a fisheye camera according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용접팁 오염도 검사 장치는 서로 마주보는 한쌍의 용접팁(11,12)을 측면 촬영하는 어안 카메라(20), 한쌍의 용접팁 진입구에 격자 패턴을 부착하고 촬영한 후, 카메라 영상내 격자 패턴으로부터 특징점을 추출 및 분석하여 카메라 교정 정보를 획득 및 저장하는 카메라 교정부(30), 어안 카메라의 촬영 시점을 가상 카메라의 시점으로 변환하기 위한 제1 및 제2 시점 변환 정보를 획득 및 저장하는 시점 변환 정보 관리부(40), 카메라 교정 정보를 어안 카메라를 통해 획득된 카메라 영상의 카메라 렌즈 왜곡을 제거하여 보정 영상을 생성하는 카메라 왜곡 제거부(50), 상기 보정 영상을 용접팁 각각이 촬영된 제1 및 제2 영상으로 분할한 후, 상기 제1 영상은 상기 제1 시점 변환 정보에 따라 시점 변환하고, 상기 제2 영상은 상기 제2 시점 변환 정보에 따라 시점 변환하는 영상 시점 변환부(60), 상기 제1 및 제2 영상 각각에 기반하여 한쌍의 용접팁 각각의 오염도 검사를 동시 수행하는 용접팁 검사부(70) 등을 포함한다. As shown in Figure 2, the welding tip contamination level inspection apparatus of the present invention is a
이와 같이 본 발명은 하나의 어안 카메라만을 이용하여 한쌍의 용접팁에 대한 오염도 검사를 한꺼번에 수행할 수 있도록 한다. As described above, the present invention enables the contamination level inspection of a pair of welding tips to be performed at once using only one fisheye camera.
다만, 이때의 어안 카메라는 한쌍의 용접팁을 측면에서 촬영하므로, 어안 카메라의 렌즈 왜곡을 제거한 후에도 카메라 영상에 나타나는 용접팁 선단경 영역이 원, 타원이 아닌 비대칭되는 타원 형태로 나타나는 문제가 발생하게 되며, 이는 오염 영역의 정확한 수치화를 저해하는 요인이 된다. However, since the fisheye camera at this time photographs a pair of welding tips from the side, even after removing the lens distortion of the fisheye camera, the welding tip tip diameter area appearing in the camera image is not a circle or ellipse, but an asymmetrical ellipse. This becomes a factor that hinders accurate quantification of the contaminated area.
따라서 본 발명은 도 3에서와 같이, 용접팁을 정면에서 촬영한다고 가정하는 가상 카메라 시점을 도입하고, 이를 이용하여 카메라 영상의 시점을 용접팁 측면에서 용접팁의 정면으로 변환할 수 있도록 한다. 즉, 어안 카메라를 통해 측면 촬영한 영상을 마치 정면에서 촬영한 듯 한 영상으로 변환한 후, 이로부터 오염도 검사 동작을 수행함으로써, 영역 산출 오류 발생 가능성을 사전 차단하도록 한다. Accordingly, the present invention introduces a virtual camera viewpoint that assumes that the welding tip is photographed from the front, as shown in FIG. 3, and uses this to convert the viewpoint of the camera image from the side of the welding tip to the front of the welding tip. In other words, by converting the image taken from the side through the fisheye camera into an image that looks as if it was taken from the front, and then performing a pollution level inspection operation therefrom, the possibility of occurrence of an area calculation error is prevented in advance.
이하, 도 4 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 방법에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다. Hereinafter, a welding tip contamination inspection method based on the fisheye camera of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4 to 7.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 초기화 방법을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a device initialization method according to an embodiment of the present invention.
만약, 장치 초기화가 요청되고 한쌍의 용접팁 진입구에 카메라 교정을 위한 교정판(예를 들어, 격자 패턴, 체스판 패턴)이 부착되면, 카메라 교정부(30)는 한쌍의 용접팁 사이에 위치한 어안 카메라(20)를 통해 한쌍의 용접팁을 측면 촬영하여 카메라 영상을 획득하도록 한다(S11). If device initialization is requested and a calibration plate (eg, grid pattern, chessboard pattern) for camera calibration is attached to a pair of welding tip entrances, the camera calibration unit 30 A camera image is obtained by photographing a pair of welding tips sideways through the camera 20 (S11).
참고로, 교정판은 한쌍의 용접팁 각각에 모두 부착되는 것이 바람직하나, 필요한 경우 한쌍의 용접팁 중 하나에만 부착한 후 카메라 교정 동작을 수행할 수 있다. 이는 어안 카메라는 좌측와 우측(또는 상측과 하측)이 대칭적 구조를 가지는 렌즈를 구비하므로, 좌측와 우측 중 어느 한 쪽의 렌즈 왜곡 정도는 나머지 한 쪽의 왜곡 정도와 동일하기 때문이다. For reference, it is preferable that the calibration plate be attached to each of the pair of welding tips, but if necessary, the camera calibration operation may be performed after attaching only to one of the pair of welding tips. This is because the fisheye camera includes lenses having a symmetrical structure in the left and right (or upper and lower sides), and the degree of distortion of one of the left and right lenses is the same as the degree of distortion of the other.
그리고 단계 S11을 통해 획득된 카메라 영상에 특징점 검출 알고리즘을 적용하여 카메라 영상내 특징점을 자동 추출한 후(S12), 특징점에 기반한 카메라 교정을 수행하여 카메라 내/외부 매개변수와 및 룩업 테이블(또는 왜곡 모델 계수)을 획득하고, 이들을 카메라 교정 정보로써 설정 및 저장한다(S13). And after automatically extracting the feature points in the camera image by applying a feature point detection algorithm to the camera image acquired through step S11 (S12), camera calibration based on the feature points is performed to determine the internal/external parameters of the camera and a look-up table (or distortion model). Coefficients) are obtained, and these are set and stored as camera calibration information (S13).
이때, 카메라 내부 변수는 스케일 계수(kx, ky), 초점 거리(f), 이미지 중심(u0, v0)이고, 카메라 외부 변수는 영상 좌표계와 카메라 좌표계 사이의 회전량(α=rx, β=ry, γ=rz) 및 평행이동량(tx,ty,tz)이다. 룩업 테이블은 카메라 영상내 픽셀과 보정 영상내 픽셀간 대응관계에 대한 매핑 데이터이다. 더하여, 이러한 카메라 교정 정보는 필요시에 사용자에 의해 직접 입력 또는 조정될 수도 있음은 물론 당연하다. At this time, the internal variables of the camera are the scale factor (kx, ky), the focal length (f), and the image center (u0, v0), and the external variables of the camera are the amount of rotation between the image coordinate system and the camera coordinate system (α=rx, β=ry). , γ=rz) and the amount of translation (tx,ty,tz). The lookup table is mapping data on the correspondence between pixels in the camera image and pixels in the corrected image. In addition, of course, such camera calibration information may be directly input or adjusted by the user when necessary.
시점 변환 정보 관리부(40)는 사용자 등에 의해 설정된 제1 및 제2 가상 카메라의 설정 정보(즉, 용접팁과 가상 카메라간 거리, 가상 카메라 초점 거리)와 카메라 외부 매개변수를 기반으로 영상 좌표계, 어안 카메라 좌표계, 가상 카메라 좌표계간 물리적 위치 관계를 파악한 후, 이로부터 카메라 영상 시점을 어안 카메라에서 가상 카메라로 변환하기 위한 시점 변환 정보를 획득 및 저장하도록 한다(S14). The viewpoint conversion
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 좌표계, 어안 카메라 좌표계, 가상 카메라 좌표계는 도 5 및 도 6에서와 같은 물리적 위치 관계를 가진다. An image coordinate system, a fisheye camera coordinate system, and a virtual camera coordinate system according to an embodiment of the present invention have a physical positional relationship as shown in FIGS. 5 and 6.
도 5에서와 같이, 영상 좌표계와 가상 카메라 좌표계 사이의 물리적 위치 관계는 용접팁과 가상 카메라간 거리(Vd), 가상 카메라 초점 거리(Vf)로부터 손쉽게 파악 가능하다. As shown in FIG. 5, the physical positional relationship between the image coordinate system and the virtual camera coordinate system can be easily grasped from the distance between the welding tip and the virtual camera (Vd) and the virtual camera focal length (Vf).
그리고 도 6에서와 같이, 영상 좌표계와 어안 카메라 좌표계 사이의 물리적 위치 관계는 카메라 교정 동작을 통해 획득 가능한 카메라 외부 변수에 포함되는 영상 좌표계와 카메라 좌표계 사이의 회전량(α=rx, β=ry, γ=rz) 및 평행이동량(tx,ty,tz)에 기반하여 손쉽게 파악 가능함을 알 수 있다. And, as shown in Fig. 6, the physical positional relationship between the image coordinate system and the fisheye camera coordinate system is the amount of rotation between the image coordinate system and the camera coordinate system included in the camera external variable obtainable through the camera calibration operation (α=rx, β=ry, It can be seen that it can be easily identified based on γ=rz) and the amount of translation (tx,ty,tz).
그리고 이러한 경우, 영상 좌표계를 매개로 하여 어안 카메라 좌표계와 가상 카메라 좌표계간 위치 관계도 손쉽게 유추할 수 있게 된다. In this case, the positional relationship between the fisheye camera coordinate system and the virtual camera coordinate system can be easily inferred through the image coordinate system.
이에 단계 S14에서는 영상 좌표계와 카메라 좌표계 사이의 회전량(α=rx, β=ry, γ=rz) 및 평행이동량(tx,ty,tz)에 대한 정보를 가지는 카메라 외부 매개변수를 기반으로 영상 좌표계와 어안 카메라 좌표계간의 물리적 위치 관계를 파악함과 동시에, 제1 및 제2 가상 카메라의 위치 정보(즉, 용접팁과 가상 카메라간 거리, 가상 카메라 초점 거리)에 기반하여 영상 좌표계와 가상 카메라 좌표간의 물리적 위치 관계를 파악하도록 한다. 그리고 나서, 영상 좌표계를 매개로 하여 어안 카메라 좌표와 가상 카메라 좌표계간의 물리적 위치 관계를 유추할 수 있으며, 이들 관계로부터 어안 카메라 좌표계를 가상 카메라 좌표계로 변환하기 위한 시점 변환 정보(즉, 카메라 영상의 시점을 어안 카메라에서 가상 카메라로 변환할 수 있도록 하는 시점 변환 정보)를 산출 및 저장하도록 한다. Accordingly, in step S14, the image coordinate system is based on the external parameters of the camera having information about the amount of rotation (α=rx, β=ry, γ=rz) and the amount of translation (tx,ty,tz) between the image coordinate system and the camera coordinate system. The relationship between the image coordinate system and the virtual camera coordinate system is determined based on the position information of the first and second virtual cameras (ie, the distance between the welding tip and the virtual camera, and the virtual camera focal length). Try to understand the physical location relationship. Then, the physical positional relationship between the fisheye camera coordinates and the virtual camera coordinate system can be inferred through the image coordinate system, and from these relationships, the viewpoint conversion information for converting the fisheye camera coordinate system to the virtual camera coordinate system (that is, the viewpoint of the camera image). Calculate and store the viewpoint conversion information) that enables conversion from a fisheye camera to a virtual camera.
이와 같이 카메라 교정 정보 및 시점 변환 정보가 모두 획득되면 장치 초기화를 종료하고, 한쌍의 용접팁 진입구에 부착된 격자 패턴 또한 제거하도록 한다. When all of the camera calibration information and viewpoint conversion information are obtained in this way, the device initialization is terminated, and the grid pattern attached to the pair of welding tip entrances is also removed.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접팁 오염도 검사 방법을 도시한 도면이다. 7 is a view showing a welding tip contamination inspection method according to an embodiment of the present invention.
만약, 장치 초기화가 완료된 상태에서 용접팁 검사가 요청되면, 카메라 왜곡 제거부(50)는 한쌍의 용접팁 사이에 위치한 어안 카메라(20)를 통해 한쌍의 용접팁을 측면 촬영하여 카메라 영상을 획득하도록 한다(S21). If a welding tip inspection is requested while the device initialization is completed, the camera
그리고 단계 S13을 통해 획득된 카메라 교정 정보에 따라 카메라 영상에 포함된 카메라 렌즈 왜곡을 모두 제거하여 보정 영상을 생성하도록 한다(S22). In addition, according to the camera correction information obtained through step S13, all camera lens distortions included in the camera image are removed to generate a correction image (S22).
그리고 보정 영상을 화면 분할하여 제1 용접팁이 촬영된 제1 영상과 제2 용접팁이 촬영된 제2 영상을 생성한 후(S23), 제1 영상은 상기 제1 시점 변환 정보에 따라 시점 변환하고, 제2 영상은 상기 제2 시점 변환 정보에 따라 시점 변환하도록 한다(S24). 즉, 제1 및 제2 영상의 시점을 어안 카메라 시점에서 가상 카메라 시점으로 변환하여, 제1 및 제2 용접팁을 마치 정면에서 촬영한 듯한 영상을 획득함으로써, 차후 오염 영역의 정확한 수치화가 가능하도록 한다(S24). And after the correction image is divided into a screen to generate a first image in which the first welding tip is photographed and a second image in which the second welding tip is photographed (S23), the first image is converted into a viewpoint according to the first viewpoint conversion information. Then, the second image is converted in view according to the second view conversion information (S24). That is, by converting the viewpoints of the first and second images from the fisheye camera viewpoint to the virtual camera viewpoint, and obtaining images as if the first and second welding tips were photographed from the front, the contaminated area can be accurately quantified in the future. Do (S24).
마지막으로, 제1 및 제2 영상 각각에 기반한 용접팁 오염도 검사를 수행한 후, 용접팁 오염도 검사 결과를 사용자에게 시청각적으로 안내하도록 한다(S25). Finally, after performing a welding tip contamination level test based on each of the first and second images, the welding tip contamination level test result is visually guided to the user (S25).
단계 S25의 용접팁 오염도 검사는 다양한 방식으로 수행 가능하며, 예를 들어, 탬플릿 매칭 기법을 통해 그레이스케일 영상으로부터 용접팁 선단경의 위치를 검색하는 단계; 선단경 검색단계에서 검색된 용집팁의 선단경과 대응되는 부분의 크기를 검출하고, 검출된 선단경에 기초하여 용접팁의 드레싱면을 추출하는 단계; 및 검출된 드레싱면과 대응되는 색정보를 CbCr이 제거되지 않은 선단영상으로부터 추출한 후 용접팁 기준 색차 정보를 비교하여 용접팁 드레싱면의 오염도를 분석하는 단계 등을 통해 수행될 수 있다. The welding tip contamination level inspection of step S25 can be performed in various ways, for example, retrieving the position of the welding tip tip diameter from the grayscale image through a template matching technique; Detecting a size of a portion corresponding to the tip diameter of the welding tip found in the tip diameter searching step, and extracting a dressing surface of the welding tip based on the detected tip diameter; And analyzing the contamination degree of the dressing surface of the welding tip by comparing color difference information based on the welding tip after extracting color information corresponding to the detected dressing surface from the tip image in which CbCr has not been removed.
이와 같이, 본 발명은 하나의 어안 카메라만을 이용하여 한쌍의 용접팁을 동시 촬영하되, 어안 카메라의 렌즈 왜곡, 촬영 시점을 고려한 영상 보정을 사전 진행한 후 용접팀 오염도 검사를 진행함으로써, 용접팁 오염도 검사의 정확도 또한 안전하게 보장할 수 있도록 한다. As described above, the present invention simultaneously photographs a pair of welding tips using only one fisheye camera, but performs image correction in consideration of lens distortion of the fisheye camera and the time of photographing, and then conducts a welding team contamination level inspection. The accuracy of the inspection can also be safely guaranteed.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (5)
상기 어안 카메라를 통해 상기 한쌍의 용접팁 진입구에 부착된 격자 패턴을 촬영 및 분석하여 카메라 교정 정보를 획득 및 저장하는 카메라 교정부;
상기 한쌍의 용접팁 각각을 정면에서 바라보는 제1 및 제2 가상 카메라를 설정하고, 카메라 영상의 시점을 어안 카메라 시점에서 제1 및 제2 가상 카메라 각각의 시점으로 변환하기 위한 제1 및 제2 시점 변환 정보를 획득 및 저장하는 시점 변환 정보 관리부;
상기 어안 카메라를 통해 한쌍의 용접팁이 동시 촬영된 카메라 영상이 획득되면, 상기 카메라 교정 정보에 따라 상기 카메라 영상의 카메라 렌즈 왜곡을 제거하여 보정 영상을 생성하는 카메라 왜곡 제거부;
상기 보정 영상을 상기 한쌍의 용접팁 중 하나가 촬영된 제1 영상과 나머지가 촬영된 제2 영상으로 분할한 후, 상기 제1 및 제2 시점 변환 정보에 따라 상기 제1 및 제2 영상의 시점을 변환하는 영상 시점 변환부; 및
상기 제1 및 제2 영상 각각에 기반하여 제1 및 제2 용접팁 각각의 오염도 검사를 동시 수행하는 용접팁 검사부를 포함하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치.Fisheye camera for photographing a pair of welding tips facing each other at the same time;
A camera calibration unit for obtaining and storing camera calibration information by photographing and analyzing the grid pattern attached to the pair of welding tip entrances through the fisheye camera;
First and second for setting the first and second virtual cameras facing each of the pair of welding tips from the front, and for converting the viewpoint of the camera image from the viewpoint of the fisheye camera to the viewpoint of each of the first and second virtual cameras A viewpoint transformation information management unit for obtaining and storing viewpoint transformation information;
A camera distortion removing unit configured to generate a corrected image by removing camera lens distortion of the camera image according to the camera correction information when a camera image in which a pair of welding tips are simultaneously photographed is obtained through the fisheye camera;
After dividing the corrected image into a first image in which one of the pair of welding tips is photographed and a second image in which the remainder is photographed, the viewpoint of the first and second images according to the first and second viewpoint conversion information An image view converting unit for converting the image; And
A welding tip contamination level inspection apparatus based on a fisheye camera including a welding tip inspection unit that simultaneously performs contamination level inspection of each of the first and second welding tips based on each of the first and second images.
상기 격자 패턴으로부터 다수의 특징점을 추출 및 분석하여 카메라 교정 정보를 획득 및 저장하며, 상기 카메라 교정 정보는 카메라 내부 매개변수, 카메라 외부 매개변수, 룩업 테이블 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치.The method of claim 1, wherein the camera calibration unit
A fisheye camera, characterized in that it extracts and analyzes a plurality of feature points from the grid pattern to obtain and store camera calibration information, wherein the camera calibration information includes at least one of a camera internal parameter, a camera external parameter, and a lookup table. Welding tip contamination inspection device based on.
제1 및 제2 가상 카메라 각각의 설정 정보를 사전 획득 및 저장하며, 상기 설정 정보는 용접팁과의 거리와 카메라 초점 거리에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치.The method of claim 2, wherein the viewpoint conversion information management unit
Pre-acquisition and storage of setting information of each of the first and second virtual cameras, and the setting information includes information on a distance from the welding tip and a focal length of the camera. .
상기 설정 정보에 기반하여 영상 좌표계와 가상 카메라 좌표계간 물리적 위치 관계를 파악하고, 상기 카메라 외부 매개변수로부터 영상 좌표계와 어안 카메라 좌표계간 물리적 위치 관계를 파악한 후, 상기 영상 좌표계를 매개로 하여 어안 카메라 좌표계와 가상 카메라 좌표계간 위치 관계를 유추 및 분석하여 시점 변환 정보 각각을 획득하는 것을 특징으로 하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 장치.The method of claim 3, wherein the viewpoint conversion information management unit
Based on the setting information, the physical positional relationship between the image coordinate system and the virtual camera coordinate system is determined, the physical positional relationship between the image coordinate system and the fisheye camera coordinate system is determined from the external parameters of the camera, and the fisheye camera coordinate system is used as a medium through the image coordinate system. A welding tip contamination level inspection apparatus based on a fisheye camera, characterized in that by inferring and analyzing a positional relationship between the coordinate system of the virtual camera and the viewpoint conversion information.
상기 한쌍의 용접팁 각각을 정면에서 바라보는 제1 및 제2 가상 카메라를 설정하고, 카메라 영상의 시점을 어안 카메라 시점에서 제1 및 제2 가상 카메라 각각의 시점으로 변환하기 위한 제1 및 제2 시점 변환 정보를 획득 및 저장하는 단계;
상기 어안 카메라를 통해 한쌍의 용접팁이 동시 촬영된 카메라 영상이 획득되면, 상기 카메라 교정 정보에 따라 상기 카메라 영상의 카메라 렌즈 왜곡을 제거하여 보정 영상을 생성하는 단계;
상기 보정 영상을 상기 한쌍의 용접팁 중 하나가 촬영된 제1 영상과 나머지가 촬영된 제2 영상으로 분할한 후, 상기 제1 및 제2 시점 변환 정보에 따라 상기 제1 및 제2 영상의 시점을 변환하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 영상 각각에 기반하여 제1 및 제2 용접팁 각각의 오염도 검사를 동시 수행하는 단계를 포함하는 어안 카메라에 기반한 용접팁 오염도 검사 방법.
Obtaining and storing camera calibration information by photographing and analyzing a grid pattern attached to at least one of the pair of welding tips through a fisheye camera positioned between a pair of welding tips facing each other;
First and second for setting the first and second virtual cameras facing each of the pair of welding tips from the front, and for converting the viewpoint of the camera image from the viewpoint of the fisheye camera to the viewpoint of each of the first and second virtual cameras Obtaining and storing view change information;
Generating a correction image by removing camera lens distortion of the camera image according to the camera correction information when a camera image in which a pair of welding tips are simultaneously photographed is obtained through the fisheye camera;
After dividing the corrected image into a first image in which one of the pair of welding tips is photographed and a second image in which the remainder is photographed, the viewpoint of the first and second images according to the first and second viewpoint conversion information Converting; And
A welding tip contamination level inspection method based on a fisheye camera comprising the step of simultaneously performing contamination level inspection of each of the first and second welding tips based on each of the first and second images.
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