KR20000012428U

KR20000012428U - 원통형 시편 측정용 영상계측장치

Info

Publication number: KR20000012428U
Application number: KR2019980025401U
Authority: KR
Inventors: 하동우; 엄호섭; 장인화
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-07-05

Abstract

본 고안은 인장시험시에 측정한 비디오의 영상정보를 근거로 시험편의 단면적을 산출하므로써, 저렴하면서도 비교적 큰 단면적의 경우에도 단면적을 산출할 수 있는 영상계측장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본 고안에 따르면, 원형단면을 갖는 대상물(1)을 카메라(20)로 촬영하여, 대상물(1)의 단면적(A)을 계측하는 영상계측장치가 제공된다. 그러한 본 고안의 영상계측장치는 대상물(1)의 단면적(A)을 산술하기 위한 수치값들을 구할 수 있게 두개의 기준점이 표시된 기준판(10)과, 상기 기준판(10)의 기준점(11)을 상기 카메라(20)로 촬영한 기준점 영상(11')의 제1영상거리(C₁)와, 대상물 영상(1')의 제2영상거리(C₂)를 구하는 영상처리부(30)를 포함한다. 또한, 본 고안의 영상계측장치는 상기 카메라(20)를 상기 기준판(10)에서 카메라 초점(f)까지의 거리(a)와, 카메라 초점(f)에서 대상물(1)의 축심까지의 거리(L_f) 및, 카메라 초점(f)에서 상기 카메라(20) 까지의 거리(b)와 같은 정보를 구할 수 있도록 배치시키고, 상기 영상처리부(30)가 상기 정보를 아래의 수학식 1과 수학식 3에 대입하여 구한 대상물(1)의 실제 반지름(r)으로 대상물(1)의 단면적(A)을 산출한다.

Description

원통형 시편 측정용 영상계측장치

본 고안은 원통형 시편 측정용 영상계측장치에 관한 것이며, 특히, 재료물성시험에서 인장시험에 사용되는 시험편이 원통형인 경우에, 그 단면적을 측정하는 영상계측장치에 관한 것이다.

일반적으로 인장시험에는 대부분의 경우, 비디오의 영상정보를 측정한다. 이런 인장시험시의 영상정보는 단순히 인장시험을 기록한 단순 영상정보이다. 이런 단순 영상정보에서 상기 인장시험의 진행상황을 관찰할 수 있고, 동시에, 시편의 단면적을 짐작할 수 있다. 이렇게, 영상정보에서 실제 인장시험에 사용된 시편의 단면적을 산출함에 있어서는 오차가 생기기 때문에, 신뢰성있는 결과치를 얻을 수 없었다.

종래 기술에는 인장시험시 시험편의 단면적을 측정하는 장치로 레이저를 이용한 계측장치를 사용하였다. 이런 계측장비는 정확하다는 장점이 있으나 고가이며 장비가 측정하는 단면적도 작은값으로 한정되어 있는 단점이 있다.

본 고안은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인장시험시에 측정한 비디오의 영상정보를 근거로 시험편의 단면적을 산출하므로써, 저렴하면서도 비교적 큰 단면적의 경우에도 단면적을 산출할 수 있는 영상계측장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 고안의 한 실시예에 따른 영상계측장치의 구성을 설명하기 위한 계략도.

도 2는 도 1에 도시된 영상계측장치를 측정원리를 설명하기 위한 도면.

도 3은 도 1에 도시된 영상계측장치의 영상처리기법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 도 1에 도시된 영상계측장치의 계측값을 보정하는 방법을 설명하기 위한 상세도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 시편 10 : 기준판

11 : 기준점 20 : 카메라

30 : 영상처리부 40 : 모니터

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따르면, 원형단면을 갖는 대상물을 카메라로 촬영하여, 대상물의 단면적 계측하는 영상계측장치가 제공된다. 그러한 본 고안의 영상계측장치는 대상물의 단면적을 산술하기 위한 수치값들을 구할 수 있게 두개의 기준점이 표시된 기준판과, 상기 기준판의 기준점을 상기 카메라로 촬영한 기준점 영상의 제1영상거리와, 대상물 영상의 제2영상거리를 구하는 영상처리부를 포함한다. 또한, 본 고안의 영상계측장치는 상기 카메라를 상기 기준판에서 카메라 초점까지의 거리와, 카메라 초점에서 대상물의 축심까지의 거리 및, 카메라 초점에서 상기 카메라 까지의 거리와 같은 정보를 구할 수 있도록 배치시키고, 상기 영상처리부가 상기 정보를 아래의 수학식 1과 수학식 3에 대입하여 구한 대상물의 반지름으로 대상물의 단면적을 산출한다.

아래에서, 본 고안에 따른 원통형 시편 측정용 영상계측장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 1은 본 고안의 한 실시예에 따른 영상계측장치의 구성을 설명하기 위한 계략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 영상계측장치를 측정원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 영상계측장치의 영상처리기법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 영상계측장치의 계측값을 보정하는 방법을 설명하기 위한 상세도이다.

도 1에 있어서, 본 고안의 영상계측장치는 인장시험용 원통형 시편(1)에 대한 비디오의 영상정보를 처리할때 기준길이를 제시해주는 역활을 하는 기준점(11)을 표시한 기준판(10)을 갖는다. 그러한 본 고안의 영상계측장치는 상기 원통형 시편(1)의 인장시험장면을 촬영하는 비디오카메라(20)를 갖는다. 이런 비디오카메라(20)는 시편(1)을 사이에 두고 기준판(10)으로 부터 일정거리 떨어진 곳에 설치된다.

또한, 본 고안의 영상계측장치는 상기 비디오카메라(20)에서 전송된 영상정보를 처리하여 상기 시편(1)의 단면적을 산출하도록 영상처리를 할 수 있는 보편화된 영상처리기법(image processing for computer graphics)을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터와 같은 영상처리부(30)를 갖는다.

또한, 본 고안의 영상계측장치에는 상기 영상처리부(30)에서 처리한 영상정보를 보여주는 모니터(40)가 구비되어 있다. 이런 모니터(40)는 작업자로 하여금 화면을 보면서 실험의 진행상황을 관찰함과 동시에 시험편(1)의 단면적을 알수 있게 표시해주는 일반적인 출력장치이다.

도 2는 본 고안의 영상계측장치를 이용하여 인장시험에 사용되는 시편(1)의 단면적을 산출하는 개략적인 측정 원리를 나타내고 있다.

상기 시편(1)은 균질재료로 형성된 것으로서, 인장시험중에도 그 단면형태가 유지되기 때문에, 단면의 반지름만 측정하면 그 단면의 면적을 산출할 수 있다. 이런 측정 원리를 이용하여, 본 고안의 영상계측장치는 시편(1)의 보정이 안된 반지름을 측정한다.

도 2의 기준판(10)에는 미리 설정한 사이거리(h)로 떨어진 두개의 기준점(11)이 표시되어 있다. 그리고 도 2에는 비디오카메라의 카메라 초점(f)과, 카메라에 의해 촬영된 영상(41) 및, 기준판(10)에서 상기 초점(f)까지의 실제 측정한 거리(a) 및, 상기 초점(f)에서 상기 카메라까지의 실제 측정한 거리(b)가 표시되어 있다.

카메라에 의해 촬영된 영상(41)은 영상처리기법에서 사용될 영상이다. 그리고, 상기 두개의 기준점(11)에 대한 제1영상거리(C₁)와, 시편(1)에 대한 제2영상거리(C₂)는 이후 상세히 설명하겠지만 영상처리기법으로 측정한다.

그리고, 시편(1)의 실제 지름(d)은 본 고안의 영상계측장치를 이용하여 측정하려는 값으로서, 보정안된 값으로 실제값과의 차이가 있다. 그리고, 시편(1)의 축심으로 부터 카메라 초점(f)까지의 거리는 실측에 의해 측정된다.

아래에서는, 본 고안의 영상계측장치에서 사용한 영상처리기법에 대해서 설명하겠다.

도 3에 보이듯이, 본 고안의 영상계측장치는 영상(41)에서 시편 영상(1')의 제2영상거리(C₂)와, 기준점 영상(11')의 제1영상거리(C₁)를 계측한다. 그러기 위해서는 일반적인 영상처리기법(Image Processing for Computer Graphics, Jonas Gomes, Springer-Verlag, 1997.3)을 실행할 수 있는 컴퓨터와 같은 영상처리부에 의해서 계측하고자 하는 시편 영상(1')을 영상처리방향(e)으로 처리한다. 이때, 영상(41)이 흑회색(grayscale)인 경우 기준판 영상(10')의 색을 흰색으로 하고, 기준점 영상(11')의 색을 검정으로 한다. 그리고, 시편 영상(1')은 회색계열이 된다. 이때, 영상처리방향(e)으로 영상(41)의 그레이스케일(grayscale, 8비트의 영상인 경우 0(검정) - 255(흰색))의 값이 변하게 된다. 기준점 영상(11')에서 값이 0(검정)이 되었다가, 기준판 영상(10')의 바탕으로 옮겨지며 255(흰색)로 된다.

이때를 에지(edge)로 정의하고 기준점 영상(11')의 위치를 파악하게 된다. 시편 영상(1')의 위치파악도 마찬가지가 된다. 흰색의 기준판 영상(10')바탕에서 회색이 되는 순간의 위치를 지정하여 거기서 부터가 시험편 영상(1')의 시작위치고, 반대의 경우가 시험편 영상(1')의 끝위치이다. 이러한 방법으로 시편 영상(1')의 제2영상거리(C₂)와, 기준점 영상(11')의 제1영상거리(C₁)를 계측한다. 회색의 시험편 영상(1')을 확인하기 위해서는 처음값(threshold)을 적절히 정의할 필요가 있다. 이는 카메라의 조리개 조정등과 맞추어 1에서 254사이의 적절한 값으로 하면 된다. 그리고, 실제 사용자가 보는 영상(41)에 이 기준점 영상(11')과 시편 영상(1')의 위치를 나타내 주어 오차의 최소화를 유도할수 있다.

이렇게 상기와 같이 구한 제2영상거리(C₂)와, 제1영상거리(C₁)와, 상기 도 1에서 구한 값들을 이용하여, 보정이 안된 시편의 반지름(R)을 아래의 수학식 1로 구한다.

여기에서, a 는 기준판에서 카메라 초점까지의 거리이고, h 는 두개의 기준점 사이의 거리이며, d 는 보정안된 시편의 실제 직경이고, L_f는 카메라 초점에서 시편의 축심까지의 거리이며, b 는 카메라 초점에서 카메라까지의 거리이다.

상기와 같이 계측한 보정이 안된 시편의 반지름(R)은 영상처리기법에서 구한 값이기 때문에, 실제 값가 차이가 난다. 따라서, 아래와 같은 보정처리가 필요하다.

도 4에서, R은 앞에서 구한 보정이 안된 시편(1)의 반지름 값이고, r은 시편(1)의 실제의 반지름이다. 또한, θ은 삼각형의 닮은꼴의 성질로 부터 같은 값을 나타내는 각이다. 따라서, 시편(1)의 실제 반지름(r)을 구하기 위해서는 아래의 수학식 2를 푼다.

상기 수학식 2를 연산하면 시편(1)의 실제 반지름(r)을 구하면 아래의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.

따라서, 상기 수학식 3에서 구한 시편(1)의 실제 반지름(r)을 이용하여 시편(1)의 단면적(A)을 아래의 수학식 4로 구할 수 있다.

A = ×r²

여기에서, π는 원주율로서, 3.1416이다.

따라서, 상기와 같이 구한 시편(1)의 단면적은 영상처리부(30)의 모니터 또는 별도의 모니터에 표시가 되고, 작업자는 상기 시편의 인장시험을 영상으로 직접 보면서, 그 시편의 단면적을 계측할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안의 원통형 시편 측정용 영상계측장치는 인장시험시에 시험결과를 확인하면서, 시편의 단면적을 계측할 수 있는 장점이 있기 때문에, 산업적 활용가치가 높다.

또한, 본 고안의 영상계측장치는 비교적 간단한 구성을 갖고 있기 때문에, 경제적인 장점이 있고, 측정결과의 보정을 통해, 시편의 단면적 산출을 정확하게 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 고안의 영상계측장치는 비디오카메라로 비교적 큰 단면적을 갖는 시편을 촬영하므로써, 비교적 큰 단면적을 산출할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 고안의 영상계측장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 고안의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 고안을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 고안의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

원형단면을 갖는 대상물(1)을 카메라(20)로 촬영하여, 대상물(1)의 단면적(A)을 계측하는 영상계측장치에 있어서,

대상물(1)의 단면적(A)을 산술하기 위한 수치값들을 구할 수 있게 두개의 기준점이 표시된 기준판(10)과,

상기 기준판(10)의 기준점(11)을 상기 카메라(20)로 촬영한 기준점 영상(11')의 제1영상거리(C₁)와, 대상물 영상(1')의 제2영상거리(C₂)를 구하는 영상처리부(30)를 포함하며,

상기 카메라(20)는 상기 기준판(10)에서 카메라 초점(f)까지의 거리(a)와, 카메라 초점(f)에서 대상물(1)의 축심까지의 거리(L_f) 및, 카메라 초점(f)에서 상기 카메라(20) 까지의 거리(b)와 같은 정보를 구할 수 있도록 배치되고,

상기 영상처리부(30)가 상기 정보를 아래의 수학식 (I), (II)들에 대입하여 구한 대상물(1)의 실제 반지름(r)으로 대상물(1)의 단면적(A)을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상계측장치.

(I),

(II).

여기에서, R은 보정하지 않은 대상물 영상(1')의 반지름 값이고, r은 보정한 대상물(1)의 실제 반지름값.