KR19980039635A - Omnidirectional Coaxial Imaging Device Using a Conical Mirror Pair - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원뿔거울쌍을 이용하여 조립물체의 영상을 전방향(全方向)으로 동축(同軸) 촬상하여 조립시의 상대오차를 분석하도록 하는, 원뿔거울쌍을 이용한 전방향 동축영상 촬상장치에 대한 것이다. 종래에는 복잡한 단면을 갖는 부품의 조립을 위해 필요한 전방향 오차정보를 얻기에 적합치 않았으므로, 간단하게 전방향의 오차를 측정하기 위한 측정장치가 필요하게 되었다. 본 발명은 조립부품과 조립대상 부품의 상이 원뿔거울쌍에 반사된 후 평면거울쌍을 통해 카메라로 입사되는 원리인데, 원뿔거울이 조립물체의 주위 전방향을 커버할 수 있기 때문에 물체의 전방향 영상을 얻을 수 있다. 본 발명의 장치는 PCB 자동삽입, 소형 기구부품조립, 반도체칩 표면실장 등에 이용할 수 있다.The present invention relates to an omnidirectional coaxial image pickup device using a pair of cone mirrors in which the image of the assembly is coaxially picked up in all directions using a cone mirror pair to analyze the relative error during assembly. will be. Conventionally, since it was not suitable to obtain omnidirectional error information necessary for assembling a component having a complicated cross section, a measuring device for simply measuring an omnidirectional error was required. The present invention is a principle that the image of the assembly and the object to be assembled is reflected to the cone mirror pair and then incident to the camera through a pair of plane mirror, because the cone mirror can cover the omnidirectional direction of the assembly object omnidirectional image of the object Can be obtained. The apparatus of the present invention can be used for automatic PCB insertion, small device component assembly, semiconductor chip surface mounting, and the like.

Description

원뿔거울쌍을 이용한 전방향 동축영상 촬상장치Omnidirectional Coaxial Imaging Device Using a Conical Mirror Pair

본 발명은 부품조립기계용 영상 촬상장치에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 원뿔거울쌍을 이용하여 조립물체의 영상을 전방향(全方向)으로 동축(同軸) 촬상하여 조립시의 상대오차를 분석하도록 하는, 원뿔거울쌍을 이용한 전방향 동축영상 촬상장치에 대한 것이다.The present invention relates to an image pickup device for a component assembly machine. More specifically, the present invention omnidirectional coaxial image using a pair of conical mirrors to analyze the relative error during assembly by capturing the image of the assembly object in all directions coaxially using a pair of conical mirrors. It relates to an imaging device.

부품조립은 제조공정의 한 단계로서 위치결정 작업이라 할 수 있다. 조립작업시 발생하는 위치 또는 각도 등의 오차는 조립부품 사이에 매우 큰 반력을 초래하여 조립을 방해하고 종종 로봇 또는 부품에 손상을 초래하게 된다. 이러한 어려움을 극복하기 위해서는 조립부품 사이의 위치 및 각도오차가 보정되어야 하는데, 오차의 보정시에는 무엇보다도 측정이 중요하다. 단순한 대칭형 단면을 갖는 부품의 경우는 국부적인 오차 정보만으로도 원주방향 오차의 해석이 가능하지만, 복잡한 단면을 갖는 부품을 조립할 때에 발생하는 오차의 해석을 위해서는 원주방향, 즉 전방향에 대한 오차상태의 정보가 필요하다. 따라서 단순한 대칭형 부품뿐만 아니라 복잡한 비대칭형상에 대해서도 전방향의 오차 측정이 용이한 센서가 필요하다.Part assembly is a positioning process as a step in the manufacturing process. Errors such as position or angle that occur during assembly work cause very large reaction forces between the assembly parts, which hinders assembly and often damages the robot or parts. In order to overcome this difficulty, the position and angle error between the assembly parts should be corrected, and the measurement is most important when the error is corrected. In the case of a component having a simple symmetrical cross section, it is possible to analyze the circumferential error by using local error information alone. Is needed. Therefore, there is a need for a sensor that can easily measure errors in all directions, not only for simple symmetrical components but also for complex asymmetrical shapes.

종래에 시각센서를 이용하여 오차를 측정하는 방법으로서 크게 두 가지가 있다. 하나는 제1도에서와 같은 카메라고정 방식이고 다른 하나는 제2도에서와 같은 카메라재배치 방식이다.Conventionally, there are two main methods for measuring an error using a visual sensor. One is the camera fixing method as in FIG. 1 and the other is the camera repositioning method as in FIG.

카메라고정 방식은 제1도에서 보이듯이 카메라를 고정된 위치에 설치하여 조립부품들 사이의 상대위치 및 자세에 대한 오차 정보를 측정하는 방법이다. 그러나, 이 방법에서는 촬상각도(viewing angle)가 고정되어 있기 때문에, 조립물체 반대편의 조립대상이 보이지 않게 되는 사각(死角 : occlusion)영역의 발생을 피할수 없다. 따라서, 조립부품 전방향의 오차를 알 수는 없고 단지 카메라의 설치방향에 면하는 방향에 대한 부분적인 오차정보만을 얻게 되어, 복잡한 물체의 경우에는 그 적용이 곤란한 문제가 있다.The camera fixing method is a method of measuring error information on relative positions and postures between assembly parts by installing a camera at a fixed position as shown in FIG. However, in this method, since the viewing angle is fixed, it is inevitable to generate an occlusion area in which the assembly object opposite to the assembly object is not visible. Therefore, the error in the front direction of the assembly parts is not known, and only partial error information on the direction facing the installation direction of the camera is obtained, so that the application of the complicated object is difficult.

카메라재배치 방식은 이러한 사각의 문제를 극복하고자 제2도에서와 같이 센서(여기서는 카메라) 개수를 늘리거나 재배치(relocation)해서 촬상각도를 달리하여 전방향 정보를 얻는 방법이다. 그러나, 이 방법은 센서수의 증가에 따라 비용 및 설치공간이 증가하거나, 센서의 방향과 위치의 재배치에 따르는 이동량과 정보처리량의 증가로 측정시간이 많이 소요되어, 결국 조립성이 저하되는 문제점이 있다.The camera repositioning method is a method of obtaining omnidirectional information by varying the imaging angle by increasing or relocating the number of sensors (here, cameras) as shown in FIG. 2 to overcome the problem of blind spots. However, this method increases the cost and installation space according to the increase in the number of sensors, or increases the amount of movement and information processing due to the reorientation of the direction and position of the sensor. have.

한편, 야스시 야기(Yasushi Yagi)등이 외면원뿔거울 한 개와 카메라를 이용하여 센서에서 바깥 방향으로의 주변 환경에 대한 영상을 촬상하여 이동 로봇의 주행에 이용할 수 있는 장치를 제안한 바 있는데(참조 : Yasushi Yagi et al., IEEE Trans. on Robotics and Automation, 10(1), 1994), 이는 부품조립용 기계장치에 관한 것은 아니다.Yasushi Yagi et al. Has proposed a device that can be used to drive a mobile robot by capturing an image of the surrounding environment from the sensor outward using a single outer cone mirror and a camera (see Yasushi). Yagi et al., IEEE Trans. On Robotics and Automation, 10 (1), 1994), which do not relate to machinery for assembly of parts.

이상에서와 같이, 종래의 방식은 복잡한 단면을 갖는 부품의 조립을 위해 필요한 전방향 오차정보를 얻기에 적합치 않았으므로, 간단하게 전방향의 오차를 측정하기 위한 측정장치가 필요하게 되었다.As described above, the conventional method is not suitable for obtaining omnidirectional error information necessary for assembling a component having a complicated cross section, and thus a measuring device for measuring an omnidirectional error is required.

이에, 본 발명자들은 종래의 부품조립용 오차측정 장치가 갖는 문제점을 해결하기 위해 예의 연구 노력한 결과, 부품의 조립시 발생하는 오차의 측정에 있어서 원뿔거울쌍과 평면거울쌍을 이용하여 부품 주위 360°의 전방향 동축영상을 촬상하므로써 사각영역없이 전방향 오차를 빠르게 측정할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have diligently researched to solve the problems of the conventional device assembly error measuring device, and as a result of measuring the error occurring when assembling the part, the conical mirror pair and the flat mirror pair are used to 360 ° around the part. By imaging the omnidirectional coaxial image of, it has been confirmed that the omnidirectional error can be quickly measured without the blind area, thereby completing the present invention.

결국, 본 발명의 목적은 원뿔거울쌍과 평면거울쌍을 이용하여 조립부품에 대한 전방향 동축영상을 촬상할 수 있는 전방향 동축영상 촬상장치를 제공하는 것이다.After all, it is an object of the present invention to provide an omnidirectional coaxial imaging device capable of imaging an omnidirectional coaxial image of an assembly using a pair of conical mirrors and a flat mirror pair.

제1도는 종래의 카메라고정 방식 촬상장치를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional camera-fixed imaging device.

제2도는 종래의 카메라재배치 방식 촬상장치를 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view showing a conventional camera repositioning imaging device.

제3도는 본 발명에 따른 전방향 동축영상 촬상장치를 나타내는 조립도로서, (a)는 좌측면도, (b)는 정면도, (c)는 우측면도이다.3 is an assembly view showing the omnidirectional coaxial imaging device according to the present invention, where (a) is a left side view, (b) is a front view, and (c) is a right side view.

제4도는 본 발명의 개념을 나타내는 분해사시도이다.4 is an exploded perspective view showing the concept of the present invention.

제5도는 본 발명의 개념을 이론적으로 설명하기 위한 그림이다.5 is a diagram for theoretically explaining the concept of the present invention.

제6도는 본 발명에 따른 전방향 동축영상 촬상장치를 이용해 물체를 측정한 영상의 일례를 보인 그림이다.6 is a diagram showing an example of an image of an object measured using the omnidirectional coaxial image capturing apparatus according to the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 카메라 2 : 카메라 조정부1: camera 2: camera control unit

3 : 렌즈 4 : 제1평면거울3: lens 4: first plane mirror

5 : 제2평면거울 6 : 외면원뿔거울5: mirror second mirror 6: outer conical mirror

7 : 내면원뿔거울 8 : 투명 평판7: inner cone mirror 8: transparent plate

9 : 완충장치 10 : 파지부(gripper)9: shock absorber 10: gripper

11 : 조립부품(예 : 페그(peg)) 12 : 조립대상 부품(예 : 홀)11: Assembly parts (eg peg) 12: Assembly target parts (eg hole)

11′: 페그 영상 12′: 홀 영상11 ': Peg image 12': Hall image

13 : 환형 LED 조명등 14 : 할로겐 조명등13: annular LED light 14: halogen light

15 : 로봇 선단부 16 : 힘/토크 센서15: Robot tip 16: Force / torque sensor

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른, 원뿔거울쌍을 이용한 전방향 동축영상 촬상장치(이하, “본 발명의 장치”로 약칭함)의 구성과 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the omnidirectional coaxial image pickup device (hereinafter, abbreviated as "the device of the present invention") using a cone mirror pair according to the present invention will be described.

제3도를 보면, 본 발명의 장치는 조립대상 부품(12)에 조립되는 부품(11)을 집는 파지부(10, gripper); 본 발명의 장치의 동작에 따른 진동을 감쇠시키는 완충부(9, compliant unit); 상기 완충부(9)의 상부에 수평으로 설치된 투명 평판(8); 상기 투명 평판(8)위에 설치된, 내면에 반사면이 형성된 환형의 원뿔대 거울(7, 이하“내면원뿔거울”(inside conic mirror)이라 함); 상기 내면원뿔거울(7)의 내부에 동축으로 설치된, 외면에 반사면이 형성된 원뿔거울(6, 이하“외면원뿔거울”(outside conic mirror)이라 함); 상기 내면원뿔거울(7)의 상부에 설치된 제1평면거울(4); 상기 제1평면거울(4)과 대향하는 위치에 설치된 제2평면거울(5); 및, 상기 제2평면거울(5)의 연직 상방에 설치된 렌즈(3)와 카메라(1)로 구성된다. 본 발명의 장치에는 또한, 카메라(1)에 입사되는 광량을 보충하고 부품(11, 12) 주위에 그림자가 발생하지 않도록 하기 위하여 조명장치(13, 14)가 상기 투명 평판(8)의 하부에 부착되고, 상기 제2평면거울(5)의 이면에는 미조정부(17)를 두어 제2평면거울(5)을 45°방향으로 미세하게 움직일 수 있도록 하였다. 또한, 카메라(1)의 위치와 자세를 6자유도로 유지하기 위한 미조정부(2)가 카메라(1)의 측면에 부착된다.3, the apparatus of the present invention includes a gripper (10, gripper) for picking up the component (11) to be assembled to the component to be assembled (12); A compliant unit 9 for damping vibrations according to the operation of the apparatus of the present invention; A transparent plate 8 installed horizontally on an upper portion of the buffer part 9; An annular conical mirror (7, hereinafter referred to as an "inside conic mirror") formed on the transparent plate (8) and having a reflecting surface formed therein; A conical mirror (6, hereinafter referred to as an "outside conic mirror") having a reflective surface formed on the outer surface thereof, coaxially installed in the inner conical mirror 7; A first flat mirror 4 installed on the inner conical mirror 7; A second flat mirror 5 installed at a position opposite to the first flat mirror 4; And a lens 3 and a camera 1 provided vertically above the second plane mirror 5. In the apparatus of the present invention, lighting devices 13 and 14 are placed underneath the transparent flat plate 8 so as to compensate for the amount of light incident on the camera 1 and to avoid shadows around the parts 11 and 12. The second flat mirror 5 is attached to the rear surface of the second flat mirror 5 so that the second flat mirror 5 can be finely moved in the 45 ° direction. In addition, a fine adjustment unit 2 for maintaining the position and posture of the camera 1 at six degrees of freedom is attached to the side of the camera 1.

제3도에서 미설명 부호“15”는 로봇의 선단부(robot end-effector)를 나타내며, “16”은 힘/토크 센서를 나타낸다.In FIG. 3, reference numeral “15” denotes a robot end-effector and “16” denotes a force / torque sensor.

위의 구성 중에서, 투명 평판(8)은 내면원뿔거울(7)과 외면원뿔거울(6)을 지지하면서 물체(11, 12)의 상을 내면원뿔거울(7)의 반사면에 투과시키는 역할을 하는데, 이 투명 평판(8)으로는 견고한 투명 아크릴판을 쓰는 것이 바람직하다. 완충부(9)는 스프링 등의 탄성부재로 된 구조인데, 수직방향으로의 기계간 간섭 및 진동 등을 감쇠하는 역할을 한다.In the above configuration, the transparent plate (8) serves to transmit the image of the objects (11, 12) to the reflective surface of the inner conical mirror (7) while supporting the inner conical mirror (7) and outer conical mirror (6). However, it is preferable to use a solid transparent acrylic plate as the transparent flat plate 8. The shock absorbing portion 9 is made of an elastic member such as a spring, and serves to attenuate interference and vibration between machines in the vertical direction.

본 발명의 장치에서는 렌즈(3)의 심도를 깊게 하고 구면수차 등에 의한 영향을 줄이기 위해서 렌즈의 개구부(aperture)를 가능한한 작게하여 침공(pin-hole)과 같이 만드는 것이 바람직하다. 그러나, 이 때에는 카메라(1)에 입사되는 광량이 부족해지므로 부품에 비추는 광원은 매우 밝은 것이 필요하다. 또한 전방향 영상을 촬상해야 하기 때문에 물체의 그림자가 생기지 않도록 해야 할 것이 중요하다. 따라서, 상기 조명장치(13, 14)로는 2 중의 조명장치를 사용하였다. 하나는 고휘도 LED를 이용한 환형(環形) 조명등(13)이고, 다른 하나는 상호 직각으로 배치된 네 개의 할로겐 조명등(14)이다. 이 할로겐 조명등(14)은 0~90°범위내에서 수직방향으로 움직일 수 있도록 설치하였는데, 이 조명장치 또한 부품의 반사율을 고려하여 밝기와 조사각도가 자동으로 조절되는 것이 바람직하다.In the apparatus of the present invention, in order to deepen the depth of the lens 3 and reduce the influence of spherical aberration or the like, it is preferable to make the aperture of the lens as small as possible to make it as a pin-hole. However, at this time, since the amount of light incident on the camera 1 is insufficient, the light source shining on the component needs to be very bright. In addition, it is important to prevent the shadow of the object because the omnidirectional image must be captured. Therefore, double lighting apparatuses were used as the lighting apparatuses 13 and 14. One is an annular lamp 13 using high brightness LEDs, and the other is four halogen lamps 14 arranged at right angles to each other. The halogen lamp 14 is installed so as to be able to move in the vertical direction within the range of 0 ~ 90 °, this lighting device is also preferably adjusted automatically the brightness and irradiation angle in consideration of the reflectance of the parts.

이하에서는, 이와 같이 구성되는 본 발명의 장치의 작용에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다. 제4도는 원뿔거울쌍(6, 7)과 평면거울쌍(4, 5)를 이용하여 조립부품에 대한 전방향 동축영상을 얻을 수 있음을 나타내는 본 발명의 장치의 기본원리를 나타내는 개념도이고, 제5도는 내면원뿔거울(7)에 의해 전방향 영상을 얻을 수 있음을 설명하기 위한 무수한 미세 평면거울 모델을 나타내고, 제6도는 본 발명의 장치에 의해 촬영한 조립부품의 전방향 동축영상의 측정예를 보인 그림이다.Hereinafter, the operation of the apparatus of the present invention configured as described above will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the basic principle of the apparatus of the present invention, which shows that an omnidirectional coaxial image of an assembly can be obtained by using a pair of cone mirrors 6 and 7 and a pair of plane mirrors 4 and 5, and FIG. FIG. 5 shows a myriad of fine planar mirror models for explaining that an omnidirectional image can be obtained by the inner cone mirror 7, and FIG. 6 is a measurement example of the omnidirectional coaxial image of the assembly taken by the apparatus of the present invention. Is a picture.

먼저, 제4도와 5도를 참조하여 본 발명의 장치의 기본원리를 설명한다.First, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the basic principle of the apparatus of this invention is demonstrated.

제4도를 보면, 조립부품(11)과 조립대상 부품(12)의 상이 내면원뿔거울(7)에 반사된 후 외면원뿔거울(6)에 반사되어 제1, 2평면거울(4, 5)을 통해 카메라(1)로 입사됨을 알 수 있다. 직관적으로 볼 때, 내면원뿔거울(7)이 조립부품(11)과 조립대상부품(12)의 주위 전방향을 커버할 수 있기 때문에 물체의 전방향 영상을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 즉, 내·외면원뿔거울(7, 6)은 평면거울을 일정 크기의 원주상에 무한개 배치한 것과 같은 효과와 동일하기 때문에, 이들을 통해서 측정대상의 주위를 사각없이 볼 수 있는 것이다.4, the image of the assembly 11 and the object to be assembled 12 is reflected by the inner conical mirror 7 and then by the outer conical mirror 6 to reflect the first and second flat mirrors 4 and 5. It can be seen that the incident to the camera 1 through. Intuitively, it can be seen that the inner cone mirror 7 can cover the omnidirectional direction of the assembly 11 and the assembly object 12 so that an omnidirectional image of the object can be obtained. That is, since the inner and outer conical mirrors 7 and 6 have the same effect as the infinitely arranged plane mirrors on a circumference of a certain size, the surroundings of the measurement object can be seen without a square through them.

원뿔거울쌍 이외에 평면거울쌍을 설치한 이유는, 기구적 실장의 문제로서, 카메라(1)를 내·외면원뿔거울(7, 6)과 연직 동축으로 설치할 수는 없기 때문에, 카메라(1)의 위치를 일측으로 편위시키고 제1·제2평면거울(4, 5)를 써서 그 광로를 변경하려는 것이다.The reason for installing the flat mirror pairs in addition to the conical mirror pairs is a problem of mechanical mounting, and since the camera 1 cannot be installed in the vertical coaxial direction with the inner and outer conical mirrors 7 and 6, The position is shifted to one side and the first and second plane mirrors 4 and 5 are used to change the light path.

이러한 개념하에, 제5도를 참조하여 본 발명의 장치의 원리를 이론적으로 설명한다. 만약, 제5도에서처럼, X2+ Y2= R2인 원으로 표현되는 원주상에, 폭이 ΔW = γΔφ이고 법선벡터(normal vector)가Under this concept, the principle of the apparatus of the present invention will be explained theoretically with reference to FIG. If, as in Figure 5, X2+ Y2= R2On the circumference represented by the circle, the width is ΔW = γΔφ and the normal vector is

인 작은 평면거울을 φ간격으로 N (= 2π/φ) 개 설치하였다고 하자. 이 경우에는 각도를 달리하면서 촬상한 효과를 얻을 수 있으나 유한개의 거울배치이므로 거울과 거울 사이에서 사각이 발생하게 된다.Assume that N (= 2π / φ) small planar mirrors are installed at intervals of φ. In this case, the effect of photographing can be obtained with different angles. However, since a finite mirror arrangement, blind spots occur between the mirror and the mirror.

따라서, 이 사각을 제거하기 위해서 설치간격을 φ = Δφ로 하고, 원주상의 평면거울수를로 증가시켜 가면, 결국 폭이인 평면거울을 원주상에 무한개 연속배치한 것과 같이 된다. 결과적으로, 이 거울의 배치는 법선벡터가Therefore, in order to remove this blind spot, the mounting interval is set to φ = Δφ and the circumferential plane mirror number is If you increase the width, eventually Infinite mirrors are arranged in an endless array on the circumference. As a result, the placement of this mirror is normal

이고 원뿔각(vertex angle)이 α인 원뿔거울과 같게 된다. 제5도에 원뿔거울의 원뿔각의 반폭을 α/2로 표시하였다.And a cone mirror with a vertex angle of α. In Fig. 5, the half width of the cone angle of the cone mirror is represented by α / 2.

이러한 원칙에 따라서 본 발명의 장치에는 내면원뿔거울로서 환형의 원뿔대형 거울을 사용하였다. 이로써 조립부품(11) 및 조립대상 부품(12)의 원주방향의 형태가, 이들 부품(11, 12)을 둘러싸고 있는 내면원뿔거울(7)에 모두 투영되어 제6도에서 보인 것과 같은 전방향영상(2π영상)을 얻을 수 있다. 제6도를 보면, 두가지 영상, 예컨대 페그(peg) 영상(11′)과 홀(hole) 영상(12′)이 소정 각도 어긋나 있음을 알 수 있다. 이들 투영영상으로부터의 오차의 추정은, 이들 2차원 영상을 처리하는 대신, 중심에 대해서 특정 방위각 φ에 해당하는 Νline(= 2π/φ) 개의 반경방향의 직선(radial line)으로 나누고, 이 직선상의 1차원 영상을 해석하여 간단하게 행할 수 있다.According to this principle, the device of the present invention used an annular truncated mirror as an inner cone mirror. As a result, the circumferential shapes of the assembly 11 and the assembly object 12 are projected onto both inner mirror mirrors 7 surrounding these components 11 and 12, and the omnidirectional image as shown in FIG. (2π image) can be obtained. Referring to FIG. 6, it can be seen that two images, eg, a peg image 11 ′ and a hole image 12 ′, are shifted by a predetermined angle. Instead of processing these two-dimensional images, the estimation of the error from these projection images is divided into Ν line (= 2π / φ) radial lines corresponding to a specific azimuth angle φ with respect to the center. This can be done simply by analyzing the one-dimensional image of the image.

마지막으로, 본 발명의 장치의 작용을 제6도를 참조하여 정리한다. 본 발명의 장치를 로봇 선단부(15)에 장착하여 작동시키면 파지부(10)가 조립할 부품(11)을 집는다. 본 발명의 장치의 로봇 선단부(15)를 통해 제어장치(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 조립부품(11)과 조립대상 부품(12)의 상이 내면원뿔거울(7)에 반사된 후 그 내부의 외면원뿔거울(6)에 다시 반사되어, 제1평면거울(4)과 제2평면거울(5)에 의해 그 경로가 변경되어 렌즈(3)를 통해 카메라(1)에 입사된다.Finally, the operation of the apparatus of the present invention is summarized with reference to FIG. When the device of the present invention is mounted and operated on the robot tip 15, the gripping portion 10 picks up the parts 11 to be assembled. It can be controlled by a control device (not shown) via the robot tip 15 of the device of the invention. The images of the assembly part 11 and the object to be assembled 12 are reflected by the inner conical mirror 7 and then reflected by the outer conical mirror 6 therein, so that the first flat mirror 4 and the second flat mirror are The path is changed by (5) to enter the camera 1 through the lens 3.

카메라(1)에 입사된 상은 영상신호로 변환되어 분석장치(미도시)로 들어가 처리된다. 분석장치는 본 발명의 장치와 연결되어(on-line)조립작업과 동시에 오차분석을 하도록 한다.The image incident on the camera 1 is converted into an image signal and processed into an analysis device (not shown). The analysis device is connected to the device of the present invention (on-line) to perform the error analysis at the same time as the assembly operation.

구조적으로 볼 때, 제6도에서 내·외면원뿔거울(7, 6)과 조립부품(11, 12)은 서로 동축에 위치하나, 카메라(1)는 이들로부터 옆으로 편위되어 있음을 알 수 있다. 그러나, 이 카메라(1)의 광축은 제1, 2평면거울(4, 5)에 의해 내·외면원뿔거울(7, 6)과 조립부품(11, 12)의 광축과 동일하게 되기 때문에, 결국은 위 요소들이 모두 동축상에 위치하는 것과 같으므로 본 발명의 장치에 의해 동축 영상을 얻을 수 있는 것이다.Structurally, it can be seen from FIG. 6 that the inner and outer conical mirrors 7 and 6 and the assembly parts 11 and 12 are coaxial with each other, but the camera 1 is laterally biased from them. . However, since the optical axis of the camera 1 becomes the same as the optical axis of the inner and outer conical mirrors 7 and 6 and the assembly parts 11 and 12 by the first and second plane mirrors 4 and 5, eventually. Since the above elements are all coaxially located, a coaxial image can be obtained by the apparatus of the present invention.

앞에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 장치가 작동중에는 조명등(13, 14)을 써서 조립부품(11, 12)에 빛을 비추어 카메라(1)로 들어가는 상의 광량을 증가시키고 조립부품(11, 12)주위의 그림자 형성을 억제하도록 한다. 또한, 카메라(1)의 위치와 자세를 미세조정하기 위해 카메라 조정부(2)가 작동되는데, 이것은 수동으로 조정할 수도 있지만 자동으로 전자제어 되는 것이 바람직하다. 제2평면거울(5)도 그 위치를 미세조정하기 위해 미조정부(17)로써 움직일 수 있는데, 이도 역시 자동 제어되는 것이 바람직하다. 본 발명의 장치의 동작에 따라 발생하는 기계요소간의 간섭이나 진동 등은 완충부(9)에 의해 완화되어 보다 더 정밀한 영상측정을 이룰 수 있다.As described above, while the apparatus of the present invention is in operation, light is emitted to the assembly parts 11 and 12 using the lamps 13 and 14 to increase the amount of light entering the camera 1 and to surround the assembly parts 11 and 12. To suppress shadow formation. In addition, the camera adjusting unit 2 is operated to finely adjust the position and posture of the camera 1, which may be adjusted manually but is preferably electronically controlled. The second flat mirror 5 can also be moved by the fine adjustment 17 to finely adjust its position, which is also preferably controlled automatically. Interference or vibration between the mechanical elements generated by the operation of the apparatus of the present invention can be alleviated by the buffer 9 to achieve more accurate image measurement.

한편, 본 발명의 장치의 다른 응용예로서, 피측정 물체의 높이에 따라 내면원뿔거울(7)에 맺히는 상의 왜곡이 발생하기 때문에, 왜곡 정도를 분석하면 물체와의 거리를 산출할 수 있어 조립부품의 파지를 용이하게 할 수 있다. 그리고 조립부품의 높이가 부품에 따라서 달라지므로 렌즈는 자동줌 및 자동포커싱 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명의 기본원리는 본 발명의 장치에만 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.On the other hand, as another application of the device of the present invention, since the distortion of the image formed on the inner surface mirror mirror 7 occurs according to the height of the object under measurement, analyzing the distortion degree can calculate the distance to the object. Gripping can be facilitated. In addition, since the height of the assembly varies depending on the component, it is preferable that the lens has an auto zoom and auto focusing function. As such, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that the basic principles of the present invention are not limited to the devices of the present invention.

이상에서와 같이, 본 발명의 장치에 따르면, 조립부품 사이의 상대오차를 사각영역없이 360°전방향에 걸쳐 한 번의 촬상으로 분석할 수 있고, 2차원의 영상처리 대신에 1차원의 영상 처리만으로 오차추정이 가능하기 때문에, 복잡한 단면을 갖는 부품이라도 빠른 시간에 오차처리가 가능한 효과가 있다. 또한, 조립부품까지의 거리추정이 가능하기 때문에 조립부품의 파지를 쉽고 정확하게 할 수 있다.As described above, according to the apparatus of the present invention, the relative error between the assembly parts can be analyzed by one imaging over 360 ° without a rectangular area, and only one-dimensional image processing is performed instead of two-dimensional image processing. Since error estimation is possible, there is an effect that the error processing can be performed at a short time even in a component having a complicated cross section. In addition, since the distance to the assembly can be estimated, the assembly of the assembly can be gripped easily and accurately.

본 발명의 장치를 이용하여 복잡한 비대칭형 단면을 갖는 기구물의 조립이나 인쇄회로기판(PCB)에의 부품 자동삽입, 반도체 분야의 표면실장부품(SMD)등의 조립이 수월해지는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 장치에 의해 얻는 영상은 동축영상이므로 측정된 영상정보를 로봇의 이동정보로 변환하는 것이 용이하고, 작업과 동시에 온라인으로 오차의 보정을 할 수 있는 효과가 있다.The apparatus of the present invention makes it easy to assemble an assembly having a complex asymmetric cross section, to automatically insert a component into a printed circuit board (PCB), and to assemble a surface mount component (SMD) in a semiconductor field. In addition, since the image obtained by the apparatus of the present invention is a coaxial image, it is easy to convert the measured image information into the movement information of the robot, and there is an effect that the error can be corrected online at the same time as the work.

Claims (10)

특정 물체에 조립되는 물체를 집는 파지수단; 상기 파지수단의 상부에 수평으로 설치된 투명평판; 상기 투명평판 위에 설치된, 내면에 반사면이 형성된 환형 원뿔대 형상의 내면원뿔거울; 상기 원뿔대 거울의 내부 중심축과 동축으로 설치된, 외면에 반사면이 형성된 외면원뿔거울; 상기 원뿔대 거울의 상부에 설치된 제1평면거울; 상기 제1평면거울과 대향하는 위치에 설치된 제2평면거울; 및, 상기 제2평면거울의 연직 상방에 설치된 시각감지수단으로 구성된 전방향 동축영상 촬상장치.Holding means for picking up an object assembled to a specific object; A transparent flat plate installed horizontally on the holding means; An inner surface mirror having an annular truncated cone shape having a reflection surface formed on the inner surface of the transparent flat plate; An outer surface mirror having a reflection surface formed on an outer surface thereof coaxially with an inner central axis of the conical mirror; A first planar mirror mounted on the truncated mirror; A second planar mirror installed at a position opposite to the first planar mirror; And a visual sensing means provided vertically above the second plane mirror. 제1항에 있어서, 상기 파지수단의 측면에 설치되어, 조립 물체에 빛을 발하는 조명수단을 추가로 구비하는 전방향 동축영상 촬상장치.The omnidirectional coaxial imaging apparatus according to claim 1, further comprising illumination means provided on a side of the gripping means to emit light to an assembly object. 제2항에 있어서, 상기 조명수단은 LED와 할로겐전구로 구성되는 전방향 동축영상 촬상장치.3. The omnidirectional image capturing apparatus according to claim 2, wherein the lighting means comprises an LED and a halogen bulb. 제3항에 있어서, 상기 LED로써 환형조명등을 구성하고, 할로겐전구는 네 개로서 상호 직각으로 배치되어 0~90°범위에서 수직으로 움직이는 전방향 동축영상 촬상장치.4. The omnidirectional coaxial imaging apparatus according to claim 3, wherein the LED forms an annular light, and the halogen bulbs are arranged at right angles to each other and move vertically in a range of 0 to 90 degrees. 제1항에 있어서, 상기 파지수단은 조립 물체를 집는 파지부와, 수직방향으로의 기계간 간섭 및 진동 등을 감쇠하는 완충부로 구성된 전방향 동축영상 촬상장치.The omnidirectional coaxial imaging apparatus according to claim 1, wherein the gripping means comprises a gripping portion for picking up an assembly object and a buffer portion for attenuating interference and vibration between machines in the vertical direction. 제4항에 있어서, 상기 완충부는 탄성구조를 갖는 전방향 동축영상 촬상장치.The apparatus of claim 4, wherein the buffer part has an elastic structure. 제1항에 있어서, 상기 투명평판은 투명아크릴판인 전방향 동축영상 촬상장치.The omnidirectional coaxial imaging apparatus of claim 1, wherein the transparent flat plate is a transparent acrylic plate. 제1항에 있어서, 상기 제2평면거울은 미조정부를 구비하여, 미세하게 조정될 수 있는 전방향 동축영상 촬상장치.The omnidirectional coaxial image capturing apparatus of claim 1, wherein the second planar mirror includes a fine adjustment unit and is finely adjusted. 제1항에 있어서, 상기 시각감지수단은 렌즈와, 렌즈를 통해 들어오는 상을 영상처리하는 카메라와, 카메라의 위치와 자세를 조정하는 조정부로 구성되는 전방향 동축영상 촬상장치.The omnidirectional coaxial imaging apparatus according to claim 1, wherein the visual sensing means comprises a lens, a camera for processing an image coming through the lens, and an adjusting unit for adjusting the position and attitude of the camera. 제9항에 있어서, 상기 렌즈는 자동줌 및 자동포커싱 기능을 갖는 전방향 동축영상 촬상장치.The omnidirectional coaxial image capturing apparatus of claim 9, wherein the lens has auto zoom and auto focusing functions.
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