KR102268454B1 - 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 인식을 기반으로 레이저 가공이 가능하여, 종래의 방법보다 전문적인 지식이 필요하지 않고, 상대적으로 저비용으로 특정 소재에 레이저 가공을 할 수 있는 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치에 관한 것으로, 가공 대상 소재가 거치되는 거치부를 포함하는 바디부, 상기 거치부의 상부에 설치되어 2차원 평면 방향으로 이동하면서 하부에 위치한 상기 가공 대상 소재를 가공하는 가공부, 가공하고자 하는 도안을 스캐닝하여 이미지로 인식하는 이미지 인식부 및 상기 이미지 인식부로부터 인식된 상기 이미지를 도면정보로 전환하고, 전환된 도면정보에 따라 상기 가공부에 제어신호를 인가하여 상기 가공부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치{Laser Processing Device using image recognition}
본 발명은 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공 장치는 임의의 대상물에 미세 마킹을 행하는 경우 등에 사용된다. 종래 일반적인 레이저 가공 장치는, 레이저 가공 장치의 제어장치에 가공할 도면정보를 입력하는 과정이 필요했다. 여기서 도면정보란 일반적으로 캐드 또는 일러스트와 같이 특정 프로그램으로 작업한 결과물을 의미했다.
최근 국내에 메이커 운동 (Maker Movement)과 DIY (Do it yourself) 문화가 활발해짐에 따라 일반인들의 레이저 가공장치의 사용 빈도가 늘고 있는 추세이다. 또한 레이저 가공장치는 여러 가지 재료를 자르거나 각인하는데 사용되는 장비로써, 일반적으로 레이저부, 구동부, 조작부로 이루어진다. 레이저 가공장치 사용자들은 디지털 도면을 작성 한 후, 캐드(CAD/computer aided design) 등 전용프로그램을 통해 레이저 강도, 가공 속도를 설정하여 레이저 가공장치에 데이터를 전송하고 재료를 가공할 수 있다. 그러나 이 과정에서 디지털 도면을 작성하는 것은 일반인들이 하기 힘든 까닭에 이용상 불편함이 발생할 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2013-0073050호(공개일 2013.07.03.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 목적은 이미지 인식을 기반으로 레이저 가공이 가능하여, 종래의 방법보다 전문적인 지식이 필요하지 않고, 상대적으로 저비용으로 특정 소재에 레이저 가공을 할 수 있는 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치는, 가공 대상 소재가 거치되는 거치부를 포함하는 바디부; 상기 거치부의 상부에 설치되어 2차원 평면 방향으로 이동하면서 하부에 위치한 상기 가공 대상 소재를 가공하는 가공부; 가공하고자 하는 도안을 스캐닝하여 이미지로 인식하는 이미지 인식부; 및 상기 이미지 인식부로부터 인식된 상기 이미지를 도면정보로 전환하고, 전환된 도면정보에 따라 상기 가공부에 제어신호를 인가하여 상기 가공부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부에 소정의 설정신호를 인가하도록 마련되는 입력수단과 상기 레이저 가공장치의 상태를 출력하는 출력수단을 포함하는 조작부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조작부는 상기 제어부와 무선 또는 유선으로 연결되어, 상기 설정신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지 인식부는 상기 가공부와 함께 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지 인식부는 상기 가공부상에 평면과 평행한 회전축을 기준으로 소정 각도 회동하도록 설치되고, 상기 이미지 인식부가 상기 회전축을 기준으로 회전한 각도정보를 센싱하는 센싱수단;을 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 이미지 인식부의 회전한 각도정보를 이용해 상기 이미지 인식부에서 인식한 이미지를 평면 이미지로 보정한 후, 도면정보로 전환하는 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 미리 정해진 설정값 또는 사용자가 인가하는 설정값에 따라 상기 이미지 인식부에서 인식한 이미지의 배율을 조절한 후, 배율이 조절된 이미지를 도면정보로 변환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 이미지 인식부에서 인식된 이미지를 벡터 이미지로 저장 또는 전환하고, 상기 벡터 이미지의 배율을 조정한 후, 배율이 조절된 이미지를 도면정보로 변환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바디부의 일측에는 외부와 연결된 홀이 형성되며, 상기 홀에 설치되는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바디부의 상부에 덮이되, 투명한 재질로 형성되는 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치에 의하면, 이미지 인식부에서 사용자가 제공한 그림, 또는 인쇄된 도면을 카메라로 인식하고, 제어부에서 인식된 이미지를 도면정보로 변환하기 때문에, 사용자가 캐드 또는 일러스트와 같이 전문적인 프로그램을 익히지 않고도 사용자가 가공을 원하는 그림, 또는 도면을 가공 대상 소재의 표면에 용이하게 가공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 카메라를 통한 그림, 또는 인쇄된 도면을 인식하지 않고, 기존의 방식인 도면정보를 제어부에 직접 입력하는 방식으로도 사용자가 가공을 원하는 그림, 또는 도면을 가공 대상 소재의 표면에 가공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제어부가 인식된 이미지를 도면정보로 변환하기 이전에, 사용자의 조작, 또는 미리 설정된 설정 값에 따라 인식된 이미지의 배율을 조정하여, 사용자가 가공을 원하는 그림, 또는 도면을 보다 용이하게 가공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제어부가 인식된 이미지의 배율을 조정할 때, 이미지를 벡터 이미지로 변환, 또는 저장한 후 배율을 조정하기 때문에, 이미지의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 이미지 인식부에서 인식된 이미지와 이를 기반으로 전환되는 도면정보의 일예이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 가공부와 이미지 인식부의 확대 사시도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 다른 각도의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치는, 바디부(100), 가공부(200), 이미지 인식부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
바디부(100)는 가공 대상 소재가 거치되는 거치부(110)를 포함한다. 여기서 가공 대상 소재의 재질은 금속을 제외한 다양한 재질일 수 있다. 보다 구체적으로, 가공 대상 소재는 아크릴과 같은 플라스틱이나, 가죽, MDF(Medium-density fiberboard, 합성목재), 유리, 석재, 세라믹과 같은 재질일 수 있다.
가공부(200)는 거치부(110)의 상부에 설치된다. 바디부(100)의 내부에 위치하는 거치부(110)는 가공 대상 소재가 평면으로 거치 되도록 구성될 수 있다. 가공부(200)는 거치부(110)의 상부에 평면으로 거치된 가공 대상 소재의 상부에 2차원 평면 방향으로 이동하면서 하부에 위치한 가공 대상 소재를 가공한다. 가공부(200)에서 가공하는 방식은, 레이저를 이용하여 일정부분을 절삭하는 방식이다.
상술한 본 발명의 일실시예에서 가공부(200)의 이동을 2차원 평면 방향으로 가능하다고 설명했지만, 본 발명은 가공부(200)의 이동 방향을 이에 한정하는 것은 아니며, 가공부(200)가 서로 수직하는 가상의 세 축인 X축, Y축, Z축 방향으로 움직이면서 가공 대상 소재의 표면을 가공하는 등의 실시예 또한 있을 수 있다.
이미지 인식부(300)는 가공하고자 하는 도안을 스캐닝하여 이미지로 인식한다. 이미지 인식부(300)는 상술한 바와 같이, 가공하고자 하는 도안을 스캐닝하기 위하여 고 해상도의 카메라를 포함하여 구성될 수 있다. 이미지 인식부(300)에서 스캐닝하는 대상은, 사용자가 종이, 또는 기타 표면에 손으로 그린 그림, 또는 인쇄된 도면 등의 단순한 이미지일 수 있다. 즉, 본 발명에서 이미지 인식부(300)는 사용자가 종이 또는 기타 표면에 손으로 그린 그림, 또는 도안을 인식하고, 본 발명은 이미지 인식부(300)에서 인식된 이미지를 기반으로 가공 대상 소재의 표면을 그림, 또는 도안대로 가공하므로, 사용자가 일러스트, 또는 캐드와 같은 전문적인 프로그램을 배우지 않더라도 가공 대상 소재의 표면을 가공할 수 있고는 효과가 있다.
제어부(400)는 이미지 인식부(300)로부터 인식된 이미지를 도면정보로 전환한다.
도 2는 이미지 인식부(300)에서 인식된 이미지와, 인식된 이미지를 기반으로 전환된 도면정보를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 인식부(300)에서 인식된 제1이미지(10)는 제어부(400)에서 흑백이 반전된 제2이미지(11)로 전환된 후, 도면정보(12)로 전환된다. 도면정보(12)는 레이저 가공부(200)에 제어신호로 인가할 수 있는 신호이다.
도 1에서 제어부(400)는 바디부(100)와 별개로 도시되어 있다. 단, 본 발명은 제어부(400)와 바디부(100)는 서로 별개로 설치되는 것에 한정하는 것은 아니며, 제어부(400)와 바디부(100)는 서로 일체화 될 수도 있다. 제어부(400)와 바디부(100)는 서로 유선/무선으로 연결되어, 제어부(400)는 유선/무선 방식으로 제어신호를 가공부(200)에 인가할 수 있다.
마찬가지로, 도 1에서 바디부(100)와 이미지 인식부(300)는 서로 별개로 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 바디부(100)와 이미지 인식부(300)가 설치되는 형태를 이에 한정하지 않으며, 도 1과 달리 바디부(100)와 이미지 인식부(300)가 서로 일체화되는 실시예 또한 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 바디부(100)의 내부에는 거치부(110)가 형성되어 있다. 거치부(110)는 다수개의 판(111)이 일정간격 이격 되도록 세워진 형태로 구현될 수 있다. 다수개의 판(111)의 상부에는 가공 대상 소재가 놓이게 되며, 가공부(200)는 다수개의 판(111)의 상부를 2차원 평면 방향으로 이동하면서 가공 대상 소재의 표면을 가공할 수 있다. 여기서 2차원 평면 방향이란, 바디부(100)의 길이와 너비 방향일 수 있다. 바디부(100)의 내부에는 1방향 레일(210)과 2방향 레일(220)이 형성된다. 1방향 레일(210)과 2방향 레일(220)은 서로 직교하며, 2방향 레일(220)의 양단에는 레일바디(221)가 형성되어, 2방향 레일(220)이 1방향 레일(210)을 따라 이동하도록 설치된다. 2방향 레일(220)상에는 가공부(200)가 형성되어, 가공부(200)가 2방향 레일(220)을 따라 이동하도록 설치될 수 있다.
도 3에는 도시되어 있지 않았지만, 바디부(100)의 상부에는 소정의 커버가 마련될 수 있다. 커버는 가공부(200)의 작업시 바디부(100) 내부에서 발생하는 이물질, 또는 연기가 외부로 배출되는 것을 방지한다. 커버가 불투명할 경우, 사용자는 바디부(100) 내부에서의 작업과정을 용이하게 확인하기 어렵다. 따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 커버는 투명한 재질로 형성되어, 작업자는 가공부(200)가 동작하는 동안 가공 대상 소재의 작업 과정을 용이하게 확인 하도록 할 수 있다.
상술한 커버를 통해 바디부(100)의 내부가 밀폐 되면, 바디부(100) 내부에서 발생하는 연기를 처리하기 곤란해질 수 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 바디부(100)의 외측에 내부공간과 외부를 연결하도록 홀(121)이 관통 형성되고, 홀(121)에는 상술한 필터(120)가 설치되어 바디부(100) 내부에서 발생하는 연기를 필터링할 수 있다. 또한 도면에는 도시되어 있지 않았지만, 바디부(100) 내부에는 소정의 송풍팬이 설치되어 상기한 홀(121) 및 필터(120) 방향으로 공기를 송풍시킬 수 있다. 이때, 송풍팬의 방향은 홀(121)과 필터(120) 방향일 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 가공부(200)와 이미지 인식부(300)를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가공부(200)와 이미지 인식부(300)는 일체될 수 있다. 단, 이미지 인식부(300)는 사용자가 제공한 그림, 또는 프린팅 된 도면을 인식한 이후에는 동작하지 않거나, 다른 용도로 동작할 수 있다. 그림, 또는 프린팅 된 도면을 인식한 이후에 이미지 인식부(300)가 다른 용도로 동작하는 실시예에 대해서는 후술한다.
도 4에 도시된 이미지 인식부(300)는 가공부(200)의 일측에 설치되되, 소정의 회전축을 기준으로 소정 각도로 회전 되도록 설치될 수 있다. 여기서 소정의 회전축은 가공부상의 평면과 평행한 회전축일 수 있으며, 본 발명은 이미지 인식부(300)가 회전축을 기준으로 회전한 각도정보를 센싱하는 센싱수단을 더 포함할 수 있다. 센싱수단에서 센싱 된 각도정보는 제어부(400)로 전송될 수 있다.
이미지 인식부(300)에서 인식하는 그림, 또는 인쇄된 도면은 거치부(110)의 상부에 놓인 상태에서 이미지로 인식된다. 이때, 이미지 인식부(300)는 가공부(200)의 회전축을 기준으로 소정각도 회전된 상태로 거치부(110)의 상부에 놓인 그림, 또는 인쇄된 도면을 인식하는데, 이런 상태로 인식된 도면은 회전각도로 인해 일정정도 왜곡될 수 있다. 이러한 왜곡을 보정하기 위해, 제어부는 이미지 인식부(300)에서 인식한 이미지를 이미지 인식부(300)의 회전각도를 이용해 보정함으로써, 도 2에 도시된 바와 같은 평면 이미지로 전환할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치의 다른 각도의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치는, 조작부(500)를 더 포함할 수 있다.
조작부(500)는 사용자가 제어부(400)에서 소정의 설정신호를 인가하도록 마련되는 입력수단과, 레이저 가공장치의 상태를 출력하는 출력수단을 포함할 수 있다. 조작부(500)는 입력수단으로 터치스크린을 포함할 수 있고, 출력수단으로 디스플레이를 포함할 수 있다. 조작부(500)는 제어부(400)와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있으며, 사용자가 소정의 설정신호를 인가하는 수단으로 사용되거나, 레이저 가공장치의 상태를 확인하는 용도로 사용된다.
사용자가 그린 그림이나 프린팅 된 도면은, 그 배율이 가공 대상 소재와 맞지 않을 수 있다. 제어부(400)는 미리 정해진 설정값 또는 사용자가 인가하는 설정값에 따라 이미지 인식부(300)에서 인식한 이미지의 배율을 조정할 수 있다. 즉, 이미지 인식부(300)에서 인식한 이미지의 전체 크기가 가공 대상 소재의 전체 크기와 동일하지 않을 경우, 제어부(400)는 이미지와 가공 대상 소재의 전체 크기를 일치시키도록 자동적으로 이미지의 배율을 조정한 후, 배율 조정된 이미지를 도면 정보로 전환하거나, 사용자의 설정값 또는 미리 정해진 설정값에 따라 이미지의 배율을 조정한다.
사용자의 설정값에 따라 배율을 조정할 경우, 제어부(400)는 조작부(500)의 디스플레이에 현재 인식된 이미지와 가공 대상 소재를 합성하여 예상 작업 결과 디자인을 출력하여, 사용자의 배율 조정에 필요한 보조적인 정보를 제공할 수 있다. 이미지 인식부(300)에서 인식된 이미지는 일반적으로 스칼라 이미지이다. 이러한 스칼라 이미지의 배율을 조정하면, 일부분은 손상이 될 수밖에 없다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 제어부(400)에서 이미지의 배율을 조정하는 경우, 이미지를 스칼라 이미지에서 벡터 이미지로 변환한 후, 배율을 조정하고, 배율 조정이 완료된 이후 도면정보로 전환하여, 이미지의 배율을 조정하더라도 이미지의 손상이 없도록 할 수 있다.
또한, 사용자가 가공 대상 소재의 표면에 가공하고자 하는 그림, 또는 도안의 크기는 가공 대상 소재의 크기보다 작은 것이 일반적이며, 따라서 사용자는 그림, 또는 도안이 그려질 위치를 설정할 필요가 있다. 제어부(400)는, 이미지 인식부(300)에서 인식된 이미지의 배율을 조정한 이후, 조작부(500)에 그림, 또는 도안이 가공될 위치를 묻는 메시지 또는 화면을 출력할 수 있다. 이때 조작부(500)에 출력되는 화면의 일예로, 가공 대상 소재와 그림, 또는 도안이 서로 겹쳐진 화면일 수 있으며, 사용자는 조작부(500)의 입력수단을 조작하여 그림, 또는 도안의 위치를 변경할 수 있다. 사용자가 그림, 또는 도안의 위치를 확정하면, 제어부(400)는 그 이후 인식된 그림, 또는 도안의 이미지를 도면정보로 변환할 수 있다.
가공부(200)가 동작할 때, 이미지 인식부(300)는 가공부(200)의 방향, 즉, 직하방향으로 회동하여 가공부(200)의 작업하는 과정을 출력할 수 있으며, 이러한 과정을 통해 사용자는 현재 가공부(200)의 작업과정을 보다 상세히 알 수 있다. 이미지 인식부(300)는 향하는 방향의 영상정보를 실시간으로 외부로 전송할 수 있다. 여기서 외부란, 상술한 조작부(500)일 수 있으며, 이미지 인식부(300)와 통신으로 연결된 전자기기일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 바디부
110 : 거치부
111 : 판
120 : 필터
121 : 홀
200 : 가공부
210 : 1방향 레일
221 : 레일 바디
220 : 2방향 레일
300 : 이미지 인식부
400 : 제어부
500 : 조작부

Claims (8)

  1. 가공 대상 소재가 거치되는 거치부를 포함하는 바디부;
    상기 거치부의 상부에 설치되어 2차원 평면 방향으로 이동하면서 하부에 위치한 상기 가공 대상 소재를 가공하는 가공부;
    가공하고자 하는 도안을 스캐닝하여 이미지로 인식하는 이미지 인식부; 및
    상기 이미지 인식부로부터 인식된 상기 이미지를 도면정보로 전환하고, 전환된 도면정보에 따라 상기 가공부에 제어신호를 인가하여 상기 가공부를 제어하는 제어부;
    상기 제어부에 소정의 설정신호를 인가하도록 마련되는 입력수단과 상기 레이저 가공장치의 상태를 출력하는 출력수단을 포함하는 조작부; 상기 조작부는 상기 제어부와 무선 또는 유선으로 연결되어, 상기 설정신호를 인가하고,
    상기 이미지 인식부는 상기 가공부와 함께 설치되며, 상기 이미지 인식부는 상기 가공부상에 평면과 평행한 회전축을 기준으로 소정 각도 회동하도록 설치되고,
    상기 이미지 인식부가 상기 회전축을 기준으로 회전한 각도 정보를 센싱하는 센싱수단;을 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 이미지 인식부의 회전한 각도 정보를 이용해 상기 이미지 인식부에서 인식한 이미지를 평면 이미지로 보정한 후, 도면정보로 전환하는 것을 특징으로 하는 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 미리 정해진 설정값 또는 사용자가 인가하는 설정값에 따라 상기 이미지 인식부에서 인식한 이미지의 배율을 조절한 후, 배율이 조절된 이미지를 도면정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바디부의 일측에는 외부와 연결된 홀이 형성되며,
    상기 바디부는 상기 홀에 설치되는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바디부의 상부에 덮이되, 투명한 재질로 형성되는 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 인식을 이용한 레이저 가공장치.
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