KR102610238B1 - Machine vision based ultra-precision inspection system - Google Patents

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KR102610238B1
KR102610238B1 KR1020220147129A KR20220147129A KR102610238B1 KR 102610238 B1 KR102610238 B1 KR 102610238B1 KR 1020220147129 A KR1020220147129 A KR 1020220147129A KR 20220147129 A KR20220147129 A KR 20220147129A KR 102610238 B1 KR102610238 B1 KR 102610238B1
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circumscribed circle
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이길세
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주식회사 지비하이텍
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Abstract

본 발명은 육안 검사 및 정밀 측정 장비를 이용한 수동 검사 방식을 탈피하여, 2.0m 이하측정 대상물을 기존의 픽셀의 1/4 또는 그 이하의 반복 정밀도를 갖게 됨으로 인하여 고속 및 정밀 측정이 가능하게 되고 자동화된 고속 정밀 측정 시스템 개발을 통하여 품질 검사 시간 및 비용이 획기적으로 감소하는 2.0m 이하 라인 스캔 카메라를 이용하여 측정 대상물의 진원도 및 원심도를 정밀하게 측정할 수 있는 머신 기반 초정밀 검사 시스템에 관한 것이다The present invention breaks away from the manual inspection method using visual inspection and precision measuring equipment, and enables high-speed and precise measurement by enabling measurement objects of 2.0 m or less with a repeatability of 1/4 or less of existing pixels and automation. It is about a machine-based ultra-precision inspection system that can precisely measure the roundness and centrifugation of a measurement object using a line scan camera of less than 2.0m, which dramatically reduces quality inspection time and cost through the development of a high-speed precision measurement system.

Description

머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템{MACHINE VISION BASED ULTRA-PRECISION INSPECTION SYSTEM}Machine vision-based ultra-precision inspection system {MACHINE VISION BASED ULTRA-PRECISION INSPECTION SYSTEM}

본 발명은 검사 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라인 스캔 카메라를 이용하여 측정 대상물의 진원도 및 원심도를 정밀하게 측정할 수 있는 머신 기반 초정밀 검사 시스템에 관한 것이다The present invention relates to an inspection system, and more specifically, to a machine-based ultra-precision inspection system that can precisely measure the roundness and centrifugation of a measurement object using a line scan camera.

시계, 자동차, 베어링, 원자력 발전소의 동력 기관 등과 같은 모든 기계류 및 공구들은 다수의 회전 부품들로 구성되어 있다. 둥글어야할 원형 부품의 형상이 진원으로부터 벗어날 경우 마찰로 인한 동력 손실, 마모에 의한 기계 수명감소, 회전 및 이동의 부정확, 진동, 기밀도 소음발생 등 다양한 문제를 발생한다.All machinery and tools, such as watches, automobiles, bearings, power engines of nuclear power plants, etc., are composed of multiple rotating parts. If the shape of a circular part that is supposed to be round deviates from the epicenter, various problems occur, such as power loss due to friction, reduced machine life due to wear, inaccurate rotation and movement, vibration, and air tightness noise.

진원도는 둥근 봉, 둥근 구멍, 둥근 추. 구 등이 진원으로부터 벗어난 정도를 의미한다.Roundness refers to round rods, round holes, and round weights. It refers to the degree to which a district deviates from the epicenter.

진원도의 측정 방법에는 접속식 방법으로 직경법, 3점법, 반경법 등이 있다.Methods for measuring roundness include the diameter method, three-point method, and radius method as connected methods.

도 1은 기존 직경법의 예를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an example of the existing diameter method.

먼저 직경법에 의하면, 원형 부품의 한 단면의 직경을 여러 방향으로 측정하여 최대치와 최소치의 차이로서 진원도를 정의하고, 현장에서 쉽고 빠르게 측정할 수 있으나, 요철이 있을 때나 등경원일 경우, 수μm 이하의 진원도를 측정할 경우 문제가 된다. First, according to the diameter method, the diameter of a cross-section of a circular part is measured in several directions, and roundness is defined as the difference between the maximum and minimum values. It can be measured easily and quickly in the field, but in the case of irregularities or uneven circles, it is less than several μm. This becomes a problem when measuring the roundness of .

도 2는 기존 3점법의 예를 나타낸 도면이다. 3점법에 의하면 원형 부분을 2점에서 지지하고 그 2점의 수직 2등분 선상에 검출기를 위치시킨 후, 측정 대상물을 360°회전시켰을 때 지침의 최대 변위량으로 진원도를 정의한다. 까다로운 형상의 진원도 측정은 불가능하고, 대략적인 진원도 값 만을 파악할 수 있다. V 블록을 사용할 경우 측정 단면과 무관한 다른 단면의 요철에 의해 측정값이 달라 질 수 있다.Figure 2 is a diagram showing an example of the existing three-point method. According to the three-point method, the circular part is supported at two points, the detector is placed on the vertical bisection line of the two points, and the roundness is defined as the maximum displacement of the pointer when the measurement object is rotated 360°. It is impossible to measure the roundness of difficult shapes, and only approximate roundness values can be determined. When using a V block, the measured value may vary due to unevenness of other cross sections unrelated to the measured cross section.

도 3은 기존 반경법의 예를 나타낸 도면이다. 반경법에 의하면, 측정 대상물을 센터에 지지하고 측정 대상물을 360° 회전시켰을 때 측미기의 최대치와 최소치의 차로 정의한다. 원형 부분의 형상을 이론적으로 가장 정확하게 구할 수 있어 현장에서 널리 사용된다. 센터의 축선과 회전 중심이 다른 경우 계산(보정)해 주어야 한다.Figure 3 is a diagram showing an example of the existing radius method. According to the radius method, it is defined as the difference between the maximum and minimum values of the measuring instrument when the measurement object is supported at the center and the measurement object is rotated 360°. It is widely used in the field because it can theoretically obtain the shape of the circular part most accurately. If the axis of the center and the center of rotation are different, calculation (compensation) must be made.

이하, 기존 진원도 측정 방법을 설명한다.Hereinafter, the existing roundness measurement method will be described.

1. 측정 준비1. Preparation for measurement

1) 촉침 선택(촉침의 방향 및 측정압 조절)1) Selection of stylus (control of stylus direction and measuring pressure)

2) 기록 용지 장착2) Load recording paper

3) X-Y 테이블(스핀들) 회전 중심에 있도록 조절(수평 조절).3) Adjust the X-Y table (spindle) so that it is in the center of rotation (horizontal adjustment).

도 4는 기존 수동식 검사 장치의 X-Y 테이블(스핀들)을 나타낸 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing the X-Y table (spindle) of an existing manual inspection device.

2. 측정 조건 설정2. Setting measurement conditions

1) 가공 방법에 따른 필터 선택1) Filter selection according to processing method

2) 배율 조정(최저), 파라미터 선택2) Adjust scale (lowest), select parameters

3. 센터링 및 틸팅 조정3. Centering and tilting adjustments

1) 측정 대상물을 테이블의 중앙에 오도록 설치한다. 도 5는 기존 방식에서 레벨링 조정을 설명하기 위한 예시이고, 도 6은 경사와 타원 오차간의 관계를 나타낸 그래프이다.1) Install the measurement object in the center of the table. Figure 5 is an example to explain leveling adjustment in the existing method, and Figure 6 is a graph showing the relationship between slope and ellipse error.

2) 촉침을 측정 대상물 가까이 위치시킨 후, 회전 테이블을 지시된 방향으로 회전시키며 촉침과 측정 대상물의 간격이 일정하게 측정 대상물을 조정한다. 도 7은 기존 촉침과 측정 대상물 간격을 조정하는 과정을 설명하기 위한 예시이다.2) After placing the stylus close to the object to be measured, rotate the rotary table in the indicated direction and adjust the object to be measured so that the distance between the stylus and the object to be measured is constant. Figure 7 is an example to explain the process of adjusting the gap between the existing stylus and the measurement object.

3) 촉침을 측정 대상물에 접촉(지침 중앙)(테이블의 CX 또는 CY 조절 핸들이 촉침과 일직선 유지). 도 8은 도 4에 도시된 X-Y 테이블의 핸들을 나타낸 사시도이다. 도 9는 센터링 조정을 설명하기 위한 예시도이다.3) Touch the stylus to the measuring object (center of the stylus) (keep the CX or CY adjustment handle on the table in line with the stylus). Figure 8 is a perspective view showing the handle of the X-Y table shown in Figure 4. Figure 9 is an example diagram for explaining centering adjustment.

4. 테이블을 180°회전시켜 지침 변화량의 1/2 만큼 조절4. Rotate the table 180° and adjust by 1/2 of the guideline change.

5. 테이블을 90°회전시켜 지침이 중앙에 오도록 조절5. Rotate the table 90° and adjust the pointer to be in the center.

6. 다시 테이블을 180°회전시켜 지침 변화량의 1/2 만큼 조절6. Rotate the table 180° again and adjust by 1/2 of the guideline change.

7. 배율을 높여가며 4~6 과정을 반복하여 정밀 조정한다.7. Repeat steps 4 to 6 while increasing the magnification to make precise adjustments.

도 10은 편심 보정 기능이 있는 측정기에 의한 편심량과 진원도 오차간의 관계를 나타낸 그래프이다.Figure 10 is a graph showing the relationship between the amount of eccentricity and roundness error by a measuring device with an eccentricity correction function.

하지만, 종래 기술의 진원도 측정 방법은 복잡하고 정밀도가 낮은 단점이 있다.However, the roundness measurement method of the prior art has the disadvantage of being complicated and having low precision.

특허 공개 번호 10-2013-0052311{공개일 : 2013년 05월 22일}Patent Publication No. 10-2013-0052311 {Publication date: May 22, 2013}

본 발명은 라인 스캔 카메라를 이용하여 측정 대상물의 진원도 및 원심도를 정밀하게 측정할 수 있는 머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a machine vision-based ultra-precision inspection system that can precisely measure the roundness and centrifugation of a measurement object using a line scan camera.

본 발명에 따른머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템은The machine vision-based ultra-precision inspection system according to the present invention is

측정 대상물을 360°회전하는 회전체(300); A rotating body 300 that rotates the measurement object 360°;

상기 측정 대상물이 회전하는 중에 수직 직선 운동하면서 일정 시간 간격으로 상기 측정 대상물의 외경(다수 영역)을 순차적으로 스캐닝 촬영하여 획득한 다수의 영역 영상(픽셀)을 합쳐 실측 단면 전체 영상을 생성하는 한쌍의 라인 스캔 카메라(500); 및A pair of devices that combine multiple area images (pixels) obtained by sequentially scanning and photographing the outer diameter (multiple areas) of the measurement object at regular time intervals while moving vertically and linearly while the measurement object is rotating to generate the entire actual cross-sectional image. line scan camera 500; and

반경법에 의해 원의 중심(추정 원점)으로부터 상기 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경간의 차이를 상기 측정 대상물의 진원도로 연산하는 연산부(900)를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by including a calculation unit 900 that calculates the difference between the maximum radius and the minimum radius from the center of the circle (estimated origin) to the actual cross-section by the radius method as the roundness of the measurement object.

또한, 측정 대상물의 최대 길이는 2.0m인 것을 특징으로 한다.In addition, the maximum length of the measurement object is 2.0 m.

또한, 반경법은 실측 단면에 외접원을 끼워 넣어 상기 외접원의 반경이 가장 작은 외접원을 그릴 경우 상기 외접원을 최소 외접원이라 하고, 상기 외접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경간의 차이로 진원도를 정의하는 최소 자승 중심법; 실측 단면에 외접원을 끼워 넣어 상기 외접원의 반경이 가장 작은 외접원을 그릴 경우 상기 외접원을 최소 외접원이라 하고, 상기 외접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경간의 차이로 진원도를 정의하는 최소 외접 중심법; 실측 단면에 내접원을 끼워 넣어 상기 내접원의 반경이 가장 큰 내접원을 그릴 경우 상기 내접원을 최대 내접원이라 하고, 상기 최대 내접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경에서 최소 반경을 뺀 값으로 진원도를 정의하는 최대 내접 중심법; 및 실측 단면에 동일 중심을 갖는 내접원과 외접원을 그려 상기 내접원의 반경과 상기 외접원의 반경의 차가 최소가 되는 내접원 및 외접원의 중심을 구할 경우, 상기 내접원 및 상기 외접원을 최소 영역원이라 하고, 내접원의 반경과 외접원의 반경 차이로 진원도를 정의하는 최소 영역 중심법을 포함하는 것을 특징으로 한다. Additionally, in the radius method, when a circumscribed circle is drawn by inserting a circumscribed circle into the measured cross section and drawing a circumscribed circle with the smallest radius of the circumscribed circle, the circumscribed circle is called the minimum circumscribed circle, and the roundness is determined by the difference between the maximum radius and the minimum radius from the center of the circumscribed circle to the measured cross section. Least squares centroid method to define; When a circumscribed circle is drawn by inserting a circumscribed circle into a measured cross section and drawing a circumscribed circle with the smallest radius of the circumscribed circle, the circumscribed circle is called the minimum circumscribed circle, and the minimum circumscribed center defines roundness as the difference between the maximum and minimum radii from the center of the circumscribed circle to the measured cross section. law; When drawing an inscribed circle with the largest radius of the inscribed circle by inserting an inscribed circle into the measured cross-section, the inscribed circle is called the maximum inscribed circle, and the roundness is defined as the maximum radius minus the minimum radius from the center of the maximum inscribed circle to the measured cross-section. inscribed center method; And when drawing an inscribed circle and a circumscribed circle having the same center on a measured cross section and finding the center of the inscribed circle and the circumscribed circle where the difference between the radius of the inscribed circle and the radius of the circumscribed circle is minimized, the inscribed circle and the circumscribed circle are called the minimum area circle, and the inscribed circle It is characterized by including a minimum area center method that defines roundness as the difference between the radius and the radius of the circumscribed circle.

또한, 연산부(400)는 상기 추정 원점, 기준 위치의 원점, 상대 위치의 원점을 기초로 하여 아래 수학식에 의해 동심도를 계산하는 것을 특징으로 한다.In addition, the calculation unit 400 calculates the concentricity using the equation below based on the estimated origin, the origin of the reference position, and the origin of the relative position.

동심도=|OLSC - Or|× 2Concentricity=|O LSC - O r |× 2

OLSC는 상대 위치의 샘플 데이터를 이용한 원점이고, Or은 상대 위치의 원점로서 기준 위치의 제1 및 제2 원점(O1 및 O2)의 중간 지점O LSC is the origin using sample data of the relative position, and O r is the origin of the relative position, which is the midpoint of the first and second origins (O 1 and O 2 ) of the reference position.

또한, 수직으로 배열된 측정 대상물(10)에 광을 조사하는 광원(100)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further includes a light source 100 that irradiates light to the vertically arranged measurement object 10.

또한, 회전체(300) 및 상기 라인 스캔 카메라(500)를 수용하는 하우징(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further includes a housing 600 that accommodates the rotating body 300 and the line scan camera 500.

또한, 실측 단면 전체 영상을 가우시안 필터링하여 거칠기를 제거하고 상기 실측 단면의 형상을 얻는 가우시안 필터(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further includes a Gaussian filter 700 that removes roughness and obtains the shape of the measured cross-section by Gaussian filtering the entire image of the measured cross-section.

또한, 가우시안 필터(700)는 평가 목적에 따라 1-500 U.P.R(1 회전당 요철 갯수) 필터, 1-150 U.P.R 필터, 1-50 U.P.R 필터, 1-15 U.P.R 필터, 또는 15-500 U.P.R 필터 중의 하나가 선택되고, In addition, the Gaussian filter 700 is one of the 1-500 U.P.R (number of irregularities per rotation) filter, 1-150 U.P.R filter, 1-50 U.P.R filter, 1-15 U.P.R filter, or 15-500 U.P.R filter depending on the evaluation purpose. one is selected,

상기 1-500 U.P.R 필터는 0.72°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 500개의 요철을 기록하고, The 1-500 U.P.R. filter removes irregularities smaller than 0.72° and records only irregularities with an angular spacing greater than that, recording approximately 500 irregularities per rotation.

상기 1-150 U.P.R 필터는 2.4°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 150개의 요철을 기록하고, The 1-150 U.P.R. filter removes irregularities smaller than 2.4° and records only irregularities with an angular spacing greater than that, recording approximately 150 irregularities per rotation.

상기 1-50 U.P.R 필터는 7.2°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 50개의 요철을 기록하고, The 1-50 U.P.R. filter removes irregularities smaller than 7.2° and records only irregularities with an angular spacing greater than that, recording approximately 50 irregularities per rotation.

상기 1-15 U.P.R 필터는 24°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 15개의 요철을 기록하고, The 1-15 U.P.R. filter removes irregularities smaller than 24° and records only irregularities with an angular interval greater than that. It records approximately 15 irregularities per rotation,

상기 15-500 U.P.R 필터는 대역 폭 내에 있는 모든 요철(0.72°보다 큰 요철)을 그래프에 그려주나 24° 보다 큰 둥근 돌출을 제거하는 것을 특징으로 한다.The 15-500 U.P.R. filter is characterized by drawing all irregularities (irregularities greater than 0.72°) within the bandwidth on a graph but removing rounded protrusions larger than 24°.

상기 측정 대상물의 최대 길이는 2.0m이하 라인 스캔 카메라는 2.0m 이하측정 대상물에 대하여 촬영 가능하다.The maximum length of the measurement object is 2.0m or less. The line scan camera can take pictures of the measurement object less than 2.0m.

머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템의 개발을 통해 양산 제품에 대한 고속 정밀 측정이 가능해지고, 기존 머신 비전의 경우, 카메라의 해상도(픽셀 한 개의 크기)를 기준으로 하여 반복 정밀도를 일반적으로 픽셀의 2~3 배정도로 정의하고 활용되는데 반해, 본 발명에 따른 검사 시스템을 통해 기존의 픽셀의 1/4 또는 그 이하의 반복 정밀도를 갖게 됨으로 인하여 고속 및 정밀 측정이 가능하게 되고The development of a machine vision-based ultra-precision inspection system has made it possible to perform high-speed, precise measurements on mass-produced products. In the case of existing machine vision, the repeatability is generally 2 to 3 pixels based on the resolution of the camera (size of one pixel). While it is defined and utilized as double precision, the inspection system according to the present invention has a repeatability of 1/4 or less of the existing pixel, making high-speed and precise measurement possible.

육안 검사 및 정밀 측정 장비를 이용한 수동 검사 방식을 탈피하여, 자동화된 고속 정밀 측정 시스템 개발을 통하여 품질 검사 시간 및 비용이 획기적으로 감소한다.By breaking away from manual inspection methods using visual inspection and precision measurement equipment, quality inspection time and costs are dramatically reduced through the development of an automated, high-speed, precision measurement system.

도 1은 기존 직경법의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 기존 3점법의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 기존 반경법의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 기존 수동식 검사 장치의 X-Y 테이블(스핀들)을 나타낸 사시도이다.
도 5는 기존 방식에서 레벨링 조정을 설명하기 위한 예시이다.
도 6은 경사와 타원 오차간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 기존 촉침과 측정 대상물 간격을 조정하는 과정을 설명하기 위한 예시이다.
도 8은 도 4에 도시된 X-Y 테이블의 핸들을 나타낸 사시도이다.
도 9는 센터링 조정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 편심 보정 기능이 있는 측정기에 의한 편심량과 진원도 오차간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 머신 비전 기반 검사 시스템의 정면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 머신 비전 기반 검사 시스템의 측면도이다.
도 13은 도 11 및 도 12에 도시된 머신 비전 기반 검사 시스템의 사진을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 11에 도시된 머신 비전 기반 검사 시스템의 메커니즘 구조를 나타낸 개념도이다.
도 15은 도 14에 도시된 라인 스캔 카메라에 의한 측정 대상물의 외경을 일정 시간 간격으로 스캐닝 촬영하여 획득한 다수의 영상(픽셀)을 합쳐 실측 단면(전체 영상)을 생성하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 용도(평가 목적)에 따라 선택 가능한 필터의 종류를 나타낸 예시도이다.
도 17은 진원도를 설명하기 위한 예시도이다.
도 18은 도 17에 도시된 진원도를 계산하기 위한 일예인 최소 자승 중심법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 19은 진원도 계산용 다른 예인 최소 외접 중심법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 20은 진원도 계산용 또 다른 예인 최소 외접 중심법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 21는 진원도 계산용 또 다른 예인 최소 영역 중심법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 22은 동심도를 설명하기 위한 예시도들이다.
도 23는 도 22에 도시된 동심도를 계산하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
Figure 1 is a diagram showing an example of the existing diameter method.
Figure 2 is a diagram showing an example of the existing three-point method.
Figure 3 is a diagram showing an example of the existing radius method.
Figure 4 is a perspective view showing the XY table (spindle) of an existing manual inspection device.
Figure 5 is an example to explain leveling adjustment in the existing method.
Figure 6 is a graph showing the relationship between slope and ellipse error.
Figure 7 is an example to explain the process of adjusting the gap between the existing stylus and the measurement object.
Figure 8 is a perspective view showing the handle of the XY table shown in Figure 4.
Figure 9 is an example diagram for explaining centering adjustment.
Figure 10 is a graph showing the relationship between the amount of eccentricity and roundness error by a measuring device with an eccentricity correction function.
Figure 11 is a front view of a machine vision-based inspection system according to the present invention.
FIG. 12 is a side view of the machine vision-based inspection system shown in FIG. 11.
FIG. 13 is a diagram showing a photograph of the machine vision-based inspection system shown in FIGS. 11 and 12.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing the mechanism structure of the machine vision-based inspection system shown in FIG. 11.
FIG. 15 is an example to explain the process of generating a measured cross-section (full image) by combining a plurality of images (pixels) obtained by scanning the outer diameter of the object to be measured by the line scan camera shown in FIG. 14 at regular time intervals. It's a degree.
Figure 16 is an exemplary diagram showing the types of filters that can be selected according to the purpose (evaluation purpose) according to the present invention.
Figure 17 is an example diagram for explaining roundness.
FIG. 18 is an example diagram illustrating the least squares centroid method, which is an example for calculating the roundness shown in FIG. 17.
Figure 19 is an example diagram for explaining the minimum circumscribed center method, which is another example for calculating roundness.
Figure 20 is an example diagram to explain the minimum circumscribed center method, which is another example for calculating roundness.
Figure 21 is an example diagram to explain the minimum area center method, which is another example for calculating roundness.
Figure 22 is an example diagram for explaining concentricity.
FIG. 23 is an example diagram for explaining the process of calculating the concentricity shown in FIG. 22.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, according to an embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 11은 본 발명에 따른 머신 비전 기반 검사 시스템의 정면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 머신 비전 기반 검사 시스템의 측면도이고, 도 13은 도 11 및 도 12에 도시된 머신 비전 기반 검사 시스템의 사진을 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a front view of the machine vision-based inspection system according to the present invention, FIG. 12 is a side view of the machine vision-based inspection system shown in FIG. 11, and FIG. 13 is a view of the machine vision-based inspection system shown in FIGS. 11 and 12. It is a drawing showing a photograph.

본 발명의 실시예에 따른 머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템은 광원(100), 회전체(300), 한쌍의 라인 스캔 카메라(500), 하우징(600), 가우시안 필터(700), 및 연산부(900)를 포함한다.The machine vision-based ultra-precision inspection system according to an embodiment of the present invention includes a light source 100, a rotating body 300, a pair of line scan cameras 500, a housing 600, a Gaussian filter 700, and a calculation unit 900. Includes.

광원(100)은 수직으로 배열된 측정 대상물(10)에 광을 조사한다. 측정 대상물의 최대 길이는 2.0m일 수 있다.The light source 100 irradiates light to the vertically arranged measurement object 10. The maximum length of the measurement object can be 2.0m.

회전체(300)는 측정 대상물(10)을 360°회전한다.The rotating body 300 rotates the measurement object 10 by 360°.

한쌍의 라인 스캔 카메라(500)는 상기 측정 대상물(10)이 회전하는 중에 수직 직선 운동하면서 일정 시간 간격으로 상기 측정 대상물의 외경(다수 영역)을 순차적으로 스캐닝 촬영하여 획득한 다수의 영역 영상(픽셀)을 합쳐 실측 단면 전체 영상을 생성한다.A pair of line scan cameras 500 sequentially scans and photographs the outer diameter (multiple areas) of the measurement object 10 at regular time intervals while moving vertically and linearly while the measurement object 10 rotates to obtain multiple area images (pixel images). ) are combined to create the entire actual cross-sectional image.

도 14는 도 11에 도시된 머신 비전 기반 검사 시스템의 메커니즘 구조를 나타낸 개념도이고, 도 15은 도 14에 도시된 라인 스캔 카메라에 의한 측정 대상물의 외경을 일정 시간 간격으로 스캐닝 촬영하여 획득한 다수의 영상(픽셀)을 합쳐 실측 단면(전체 영상)을 생성하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.Figure 14 is a conceptual diagram showing the mechanism structure of the machine vision-based inspection system shown in Figure 11, and Figure 15 is a plurality of images obtained by scanning the outer diameter of the object to be measured by the line scan camera shown in Figure 14 at regular time intervals. This is an example diagram to explain the process of combining images (pixels) to create a measured cross-section (full image).

도 14는 라인 스캔 카메라에 의한 측정 대상물의 외경을 일정 시간 간격으로 스캐닝 촬영하여 획득한 다수의 영상(픽셀)을 합쳐 실측 단면(전체 영상)을 생성하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.Figure 14 is an example diagram to explain the process of generating a measured cross-section (full image) by combining a plurality of images (pixels) obtained by scanning the outer diameter of a measurement object using a line scan camera at regular time intervals.

도 15은 본 발명에 따른 용도(평가 목적)에 따라 선택 가능한 필터의 종류를 나타낸 예시도이다.Figure 15 is an exemplary diagram showing the types of filters that can be selected according to the purpose (evaluation purpose) according to the present invention.

물리적으로 측정되는 픽셀의 값을 소프트웨어 처리를 통하여 1/x으로 분해능을 확대하여 영상 처리한다. 현재는 하프 픽셀 개념으로 픽셀 값의 중간치, 즉 1/2 처리 기술은 일반적이다.The physically measured pixel value is image-processed by expanding the resolution to 1/x through software processing. Currently, the half-pixel concept, which refers to the median of the pixel value, or 1/2 processing technology, is common.

하우징(600)은 회전체(300) 및 상기 라인 스캔 카메라(500)를 수용한다.The housing 600 accommodates the rotating body 300 and the line scan camera 500.

가우시안 필터(700)는 실측 단면 전체 영상을 가우시안 필터링하여 거칠기를 제거하고 상기 실측 단면의 형상을 얻는다.The Gaussian filter 700 performs Gaussian filtering on the entire image of the measured cross-section to remove roughness and obtain the shape of the measured cross-section.

상기 가우시안 필터(700)는 측정 대상물의 형상을 용이하게 파악하기 위한 전기 장치이다. 거친 표면을 갖는 측정 대상물의 경우 거칠기 때문에 형상 파악이 불가능해 진다.The Gaussian filter 700 is an electrical device for easily determining the shape of a measurement object. In the case of a measurement object with a rough surface, it becomes impossible to determine its shape due to its roughness.

따라서, 가우시안 필터는 거칠기는 제거하고 형상 만을 그래프에 그린다.Therefore, the Gaussian filter removes roughness and draws only the shape on the graph.

필터의 표시 : 필터링된 후 그래프에 그려질 수 있는 동일 각도 간경의 요철수로 표시한다.Display of filter: After filtering, it is displayed as the number of convexities and convexities of the same angular liver diameter that can be drawn on a graph.

ωc는 컷오프 값(회전당 요철의 개수 : UPR(Undulation per revolution))이고 n은 샘플링 점의 수이다.ω c is the cutoff value (number of irregularities per revolution: UPR (Undulation per revolution)) and n is the number of sampling points.

상기 가우시안 필터(700)는 평가 목적에 따라 1-500 U.P.R(1 회전당 요철 갯수) 필터, 1-150 U.P.R 필터, 1-50 U.P.R 필터, 1-15 U.P.R 필터, 또는 15-500 U.P.R 필터 중의 하나가 선택된다.The Gaussian filter 700 is one of a 1-500 U.P.R (number of irregularities per rotation) filter, a 1-150 U.P.R filter, a 1-50 U.P.R filter, a 1-15 U.P.R filter, or a 15-500 U.P.R filter, depending on the evaluation purpose. is selected.

1-500 U.P.R : 0.72°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 500개의 요철을 기록1-500 U.P.R: Remove irregularities smaller than 0.72° and record only irregularities with angular spacing greater than that. Approximately 500 irregularities are recorded per rotation.

1-150 U.P.R : 2.4°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 150개의 요철을 기록1-150 U.P.R: Remove irregularities smaller than 2.4° and record only irregularities with angle spacing greater than that. Approximately 150 irregularities are recorded per rotation.

1-50 U.P.R : 7.2°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 50개의 요철을 기록1-50 U.P.R: Remove irregularities smaller than 7.2° and record only irregularities with an angle gap greater than that. Record approximately 50 irregularities per rotation.

1-15 U.P.R : 24°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 대략 1회전당 15개의 요철을 기록1-15 U.P.R: Remove irregularities smaller than 24° and record only irregularities with angle intervals greater than that. Record approximately 15 irregularities per rotation.

15-500 U.P.R : 대역 폭 내에 있는 모든 요철(0.72°보다 큰 요철)을 그래프에 그려주나 24° 보다 큰 둥근 돌출을 제거한다(거칠기만 표시)15-500 U.P.R: Draws on the graph all irregularities (irregularities larger than 0.72°) within the bandwidth, but removes rounded protrusions larger than 24° (displays only roughness)

도 16 및 도 17은 진원도를 설명하기 위한 예시도이고, 도 18는 도 17에 도시된 진원도를 계산하기 위한 일예인 최소 자승 중심법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 19는 진원도 계산용 다른 예인 최소 외접 중심법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 20은 진원도 계산용 또 다른 예인 최소 외접 중심법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 21은 진원도 계산용 또 다른 예인 최소 영역 중심법을 설명하기 위한 예시도이다.FIGS. 16 and 17 are exemplary diagrams for explaining roundness, FIG. 18 is an exemplary diagram for explaining the least squares center method, which is an example for calculating roundness shown in FIG. 17, and FIG. 19 is another example for calculating roundness. Figure 20 is an example diagram for explaining the minimum circumscribed center method, which is another example for calculating roundness, and Figure 21 is an example diagram for explaining the minimum area center method, which is another example for calculating roundness. This is an example diagram.

진원도는 둥근 정도를 지정하는 것이다. 얼마나 정확한 원형이어야 하는지, 축이나 홀 원추 등의 원형 단면의 둥근 정도를 나타낸다. 도 17을 참조하면, 임의의 축 직각 단면에서의 바깥 둘레는 동일 평면 상에서 0.1 mm 만큼 떨어진 2개의 동심원 사이에 있어야 한다.Roundness specifies the degree of roundness. It indicates how accurately the circle should be and the degree of roundness of the circular cross section such as the axis or hole cone. Referring to FIG. 17, the outer perimeter in a cross section perpendicular to any axis must be between two concentric circles spaced by 0.1 mm on the same plane.

도 18를 참조하면, 최소 자승 중심법(Least square circle : LSC)에 의하면, 구할 평균원과 실측 단면과의 변경 차를 제곱하여 그 제곱의 총합이 최소가 되는 그런 평균원을 구할 때 그 평균원을 최소 자승원이라 하고, 그 원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경 과의 차이로 진원도를 정의한다. 즉, 다음과 같은 수학식들에 의해 진원도가 계산된다.Referring to FIG. 18, according to the least square circle (LSC) method, when calculating the average circle where the total sum of the squares is the minimum by squaring the change difference between the average circle to be obtained and the actual measured cross section, the average circle is called the least square circle, and roundness is defined as the difference between the maximum radius and the minimum radius from the center of the circle to the actual cross section. In other words, the roundness is calculated using the following equations.

(x-Cx)2+(y-Cy)2=r2 x2+y2+Ax+By+C=0(x-Cx) 2 +(y-Cy) 2 =r 2 x 2 +y 2 +Ax+By+C=0

A = (b2 * c1 - a2 * c2) / (a1 * b2 - a2 * b1)A = (b2 * c1 - a2 * c2) / (a1 * b2 - a2 * b1)

B = (a1 * c2 - b1 * c1) / (a1 * b2 - a2 * b1)B = (a1 * c2 - b1 * c1) / (a1 * b2 - a2 * b1)

C = (-Sx2 - Sy2 - A * Sx - B * Sy) / NC = (-Sx2 - Sy2 - A * Sx - B * Sy) / N

a1 = Sx * Sx - N * Sx2a1 = Sx * Sx - N * Sx2

a2 = Sx * Sy N * Sxya2 = Sx * Sy N * Sxy

b1 = a2b1 = a2

b2 = (Sy * Sy - N * Sy2)b2 = (Sy * Sy - N * Sy2)

Cx = -A * .5Cx = -A * .5

Cy = -B * .5Cy = -B * .5

r = sqrt(Cx2 + Cy2 - C)r = sqrt(Cx 2 + Cy 2 - C)

진원도 = R최대 - R최소 Roundness = R max - R min

도 19를 참조하면, 최소 외접 중심법은 실측 단면에 외접원을 끼워 넣어 상기 외접원의 반경이 가장 작은 외접원을 그릴 경우 상기 외접원을 최소 외접원이라 하고, 상기 외접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경간의 차이로 진원도를 정의한다.Referring to FIG. 19, in the minimum circumscribed center method, when a circumscribed circle is drawn by inserting a circumscribed circle into a measured cross section and drawing a circumscribed circle with the smallest radius of the circumscribed circle, the circumscribed circle is called the minimum circumscribed circle, and the maximum radius and minimum circumscribed circle from the center of the circumscribed circle to the measured cross section are calculated. Roundness is defined as the difference between radii.

도 20을 참조하면, 최대 내접 중심법은 실측 단면에 내접원을 끼워 넣어 상기 내접원의 반경이 가장 큰 내접원을 그릴 경우 상기 내접원을 최대 내접원이라 하고, 상기 최대 내접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경에서 최소 반경을 뺀 값으로 진원도를 정의한다.Referring to FIG. 20, in the maximum inscribed center method, when an inscribed circle is inserted into a measured cross section and an inscribed circle with the largest radius of the inscribed circle is drawn, the inscribed circle is called the maximum inscribed circle, and the maximum radius from the center of the maximum inscribed circle to the measured cross section is Roundness is defined as the value minus the minimum radius.

도 21을 참조하면, 최소 영역 중심법은 실측 단면에 동일 중심을 갖는 내접원과 외접원을 그려 상기 내접원의 반경과 상기 외접원의 반경의 차가 최소가 되는 내접원 및 외접원의 중심을 구할 경우, 상기 내접원 및 상기 외접원을 최소 영역원이라 하고, 내접원의 반경과 외접원의 반경 차이로 진원도를 정의한다.Referring to FIG. 21, the minimum area center method draws an inscribed circle and a circumscribed circle having the same center on a measured cross-section and obtains the center of the inscribed circle and the circumscribed circle where the difference between the radius of the inscribed circle and the radius of the circumscribed circle is minimized. The circumscribed circle is called the minimum area circle, and roundness is defined as the difference between the radius of the inscribed circle and the radius of the circumscribed circle.

도 22은 동심도를 설명하기 위한 예시도들이다.Figure 22 is an example diagram for explaining concentricity.

동심도는 두 원통의 축이 동축인 것(중심점이 어긋나지 않음)의 정도를 지정한다. 동축도와 달리 기준의 중심점(평면)이다.Concentricity specifies the degree to which the axes of two cylinders are coaxial (the center points are not misaligned). Unlike coaxiality, it is the center point (plane) of the reference.

도 22을 참조하면, 지시선 화상표로 나타낸 원통의 축선은 테이텀 축 직선 A를 축선으로 하는 직경 0.05 mm의 원통 내에 있어야 한다.Referring to Figure 22, the axis of the cylinder shown in the indicator line diagram must be within a cylinder of diameter 0.05 mm with the tatum axis straight line A as the axis.

도 23는 도 21에 도시된 동심도를 계산하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. FIG. 23 is an example diagram for explaining the process of calculating the concentricity shown in FIG. 21.

상기 연산부(900)는 상기 추정 원점, 기준 위치의 원점, 상대 위치의 원점을 기초로 하여 아래 수학식 3에 의해 동심도를 계산한다.The calculation unit 900 calculates the concentricity using Equation 3 below based on the estimated origin, the origin of the reference position, and the origin of the relative position.

OLSC는 상대 위치의 샘플 데이터를 이용한 원점이고, Or은 상대 위치의 원점로서 기준 위치의 제1 및 제2 원점(O1 및 O2)의 중간 지점O LSC is the origin using sample data of the relative position, and O r is the origin of the relative position, which is the midpoint of the first and second origins (O 1 and O 2 ) of the reference position.

기준 위치의 제1 및 제2 원점(O1 및 O2)을 추정하고,Estimate the first and second origins (O 1 and O 2 ) of the reference position,

기준 위치를 참조하여 제1 및 제2 원점(O1 및 O2)의 중간 지점으로 상대 위치의 원점(Or)으로 추정하고,With reference to the reference position, the origin (O r ) of the relative position is estimated as the midpoint of the first and second origins (O 1 and O 2 ),

상대 위치의 샘플 데이터를 이용한 원점(OLSC)을 추정하고,Estimate the origin (O LSC ) using sample data of relative positions,

측정 대상물의 동심도(A)는 다음 수학식 3에 의해 계산한다.The concentricity (A) of the measurement object is calculated by the following equation 3.

동심도(A) = |OLSC - Or|× 2 Concentricity (A) = |O LSC - O r |× 2

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.Meanwhile, although specific embodiments have been described in the detailed description and accompanying drawings of the present invention, the present invention is not limited to the disclosed embodiments and the technical idea of the present invention will be conveyed to those skilled in the art to which the present invention pertains. Various substitutions, modifications and changes are possible within the scope. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should be construed to include not only the claims described below but also equivalents to the claims.

10 : 측정 대상물 100 : 광원
300 : 회전체 500 : 라인 스캔 카메라
600 : 하우징 700 : 가우시안 필터
900 : 연산부
10: Measurement object 100: Light source
300: Rotating body 500: Line scan camera
600: Housing 700: Gaussian filter
900: calculation unit

Claims (8)

측정 대상물을 360°회전하는 회전체(300);
상기 측정 대상물이 회전하는 중에 수직 직선 운동하면서 일정 시간 간격으로 상기 측정 대상물의 외경을 순차적으로 스캐닝 촬영하여 획득한 다수의 영역 영상을 합쳐 실측 단면 전체 영상을 생성하는 한쌍의 라인 스캔 카메라; 및
반경법에 의해 원의 중심으로부터 상기 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경간의 차이를 상기 측정 대상물의 진원도로 연산하는 연산부를 포함하는 머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템에 있어서,
반경법은 실측 단면에 외접원을 끼워 넣어 상기 외접원의 반경이 가장 작은 외접원을 그릴 경우 상기 외접원을 최소 외접원이라 하고, 상기 외접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경간의 차이로 진원도를 정의하는 최소 자승 중심법; 실측 단면에 외접원을 끼워 넣어 상기 외접원의 반경이 가장 작은 외접원을 그릴 경우 상기 외접원을 최소 외접원이라 하고, 상기 외접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경과 최소 반경간의 차이로 진원도를 정의하는 최소 외접 중심법; 실측 단면에 내접원을 끼워 넣어 상기 내접원의 반경이 가장 큰 내접원을 그릴 경우 상기 내접원을 최대 내접원이라 하고, 상기 최대 내접원의 중심에서 실측 단면까지의 최대 반경에서 최소 반경을 뺀 값으로 진원도를 정의하는 최대 내접 중심법; 및 실측 단면에 동일 중심을 갖는 내접원과 외접원을 그려 상기 내접원의 반경과 상기 외접원의 반경의 차가 최소가 되는 내접원 및 외접원의 중심을 구할 경우, 상기 내접원 및 상기 외접원을 최소 영역원이라 하고, 내접원의 반경과 외접원의 반경 차이로 진원도를 정의하는 최소 영역 중심법을 포함하고,
회전체 및 상기 라인 스캔 카메라를 수용하는 하우징를 더포함하고,
실측 단면 전체 영상을 가우시안 필터링하여 거칠기를 제거하고 상기 실측 단면의 형상을 얻는 가우시안 필터를 더포함하고,
가우시안 필터는 평가 목적에 따라 1-500 U.P.R 필터, 1-150 U.P.R 필터, 1-50 U.P.R 필터, 1-15 U.P.R 필터, 또는 15-500 U.P.R 필터 중의 하나가 선택되고,
상기 1-500 U.P.R 필터는 0.72°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 1회전당 500개의 요철을 기록하고,
상기 1-150 U.P.R 필터는 2.4°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 1회전당 150개의 요철을 기록하고,
상기 1-50 U.P.R 필터는 7.2°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 1회전당 50개의 요철을 기록하고,
상기 1-15 U.P.R 필터는 24°보다 작은 요철은 제거하고 그 이상의 각도 간격을 갖는 요철만 기록 1회전당 15개의 요철을 기록하고,
상기 15-500 U.P.R 필터는 대역 폭 내에 있는 0.72°보다 큰 요철을 그래프에 그려주나 24°보다 큰 둥근 돌출을 제거하는 머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템.
A rotating body 300 that rotates the measurement object 360°;
A pair of line scan cameras that generate a full cross-sectional image by combining a plurality of area images obtained by sequentially scanning and photographing the outer diameter of the measurement object at regular time intervals while moving vertically and linearly while the object is rotating; and
In a machine vision-based ultra-precision inspection system including a calculation unit that calculates the difference between the maximum radius and minimum radius from the center of a circle to the measured cross-section as the roundness of the measurement object by the radius method,
In the radius method, when a circumscribed circle is inserted into a measured cross section and a circumscribed circle with the smallest radius of the circumscribed circle is drawn, the circumscribed circle is called the minimum circumscribed circle, and roundness is defined as the difference between the maximum radius and the minimum radius from the center of the circumscribed circle to the measured cross section. least square centroid method; When a circumscribed circle is drawn by inserting a circumscribed circle into a measured cross section and drawing a circumscribed circle with the smallest radius of the circumscribed circle, the circumscribed circle is called the minimum circumscribed circle, and the minimum circumscribed center defines roundness as the difference between the maximum and minimum radii from the center of the circumscribed circle to the measured cross section. law; When drawing an inscribed circle with the largest radius of the inscribed circle by inserting an inscribed circle into the measured cross-section, the inscribed circle is called the maximum inscribed circle, and the roundness is defined as the maximum radius minus the minimum radius from the center of the maximum inscribed circle to the measured cross-section. inscribed center method; And when drawing an inscribed circle and a circumscribed circle having the same center on a measured cross section and finding the center of the inscribed circle and the circumscribed circle where the difference between the radius of the inscribed circle and the radius of the circumscribed circle is minimized, the inscribed circle and the circumscribed circle are called the minimum area circle, and the inscribed circle Includes the minimum area centroid method, which defines roundness as the difference between the radius and the radius of the circumscribed circle,
Further comprising a housing accommodating the rotating body and the line scan camera,
It further includes a Gaussian filter that removes roughness by Gaussian filtering the entire image of the measured cross-section and obtains the shape of the measured cross-section,
As for the Gaussian filter, one of the 1-500 UPR filter, 1-150 UPR filter, 1-50 UPR filter, 1-15 UPR filter, or 15-500 UPR filter is selected depending on the evaluation purpose,
The 1-500 UPR filter removes irregularities smaller than 0.72° and records only irregularities with an angular spacing greater than that, recording 500 irregularities per rotation,
The 1-150 UPR filter removes irregularities smaller than 2.4° and records only irregularities with an angular spacing greater than that, recording 150 irregularities per rotation,
The 1-50 UPR filter removes irregularities smaller than 7.2° and records only irregularities with an angular spacing greater than that, recording 50 irregularities per rotation,
The 1-15 UPR filter removes irregularities smaller than 24° and records only irregularities with an angular spacing greater than that, recording 15 irregularities per rotation,
The 15-500 UPR filter is a machine vision-based ultra-precision inspection system that graphs irregularities greater than 0.72° within the bandwidth but removes rounded protrusions greater than 24°.
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