KR20020003061A - Apparatus for Leather Quality Inspection using Artificial Intelligence - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비젼을 이용한 지능형 피혁 품질선별 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인공지능을 구비한 비젼 시스템을 이용하여 피혁의 품질을 선별함으로서 객관화된 품질등급을 구하고, 선별시간을 단축하여 생산 효율을 증대시키고자 하는 것이다.The present invention relates to an intelligent leather quality sorting apparatus using vision, and more specifically, to obtain an objective quality grade by selecting the quality of leather using a vision system equipped with artificial intelligence, and to shorten the selection time to reduce production efficiency. It is to increase.
피혁은 어느 제품보다 부가가치가 높은 천연자원으로 품질의 등급에 따라 많은 가격차를 형성하게 되며, 피혁 제품의 품질을 결정함에 있어 제일 중요한 요인은 눈에 보이는 표면 상태이다. 지금까지는 피혁공장에서 대부분의 피혁을 육안으로 선별하여 오고 있는데 이러한 방법은 등급을 구분하는데 많은 노동력과 시간이 소모되고, 일관성이 부족할 뿐만 아니라 미세한 결함이나 정밀한 치수를 감지할 수가 없고, 더욱이 안전사고 등에 대비한 환경이 조성되어 있지 않았다.Leather is a natural resource with higher added value than any other product, which makes a lot of price difference according to the quality grade. The most important factor in determining the quality of leather products is the visible surface condition. Until now, most leathers have been screened at the leather factory. This method consumes a lot of labor and time to classify the grades, not only is inconsistent, but also cannot detect minute defects or precise dimensions. There was no prepared environment.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 인공지능을 구비한 비젼 시스템을 이용하여 피혁의 품질을 선별함으로서 객관화된 품질등급을 구하여 등급의 표준화 및 품질의 고급화를 도모하고, 선별시간을 단축하여 생산 효율을 증대시킬 수 있는 장치의 공급을 목적으로 한다.In order to solve the problems described above, the present invention obtains an objective quality grade by selecting a quality of leather using a vision system equipped with artificial intelligence, and aims to standardize the grade and the quality of the grade, and to shorten the selection time. An object of the present invention is to supply a device capable of increasing the efficiency.
도 1은 본 발명의 지능형 피혁 품질선별 장치의 전체 구성도 이다.1 is an overall configuration diagram of an intelligent leather quality sorting apparatus of the present invention.
도 2는 본 발명의 비젼장치 구성도이다.2 is a block diagram of the vision apparatus of the present invention.
도 3은 본 발명의 피혁운반장치 구성도이다.3 is a block diagram of a leather transport apparatus of the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 피혁 품질선별방법을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart showing a leather quality selection method according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 피혁 품질선별을 위해 획득한 영상으로부터 특징벡터를 추출하는 과정을 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a process of extracting a feature vector from an image acquired for leather quality selection according to the present invention.
도 6은 본 발명의 관제시스템에서 비젼부로부터 전송받은 특징벡터를 이용하여 품질선별을 수행하는 과정을 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a process of performing quality selection using the feature vector received from the vision unit in the control system of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1. 관제시스템 2. 비젼부 3. 운반부 4. 표시부1. Control system 2. Vision unit 3. Transport unit 4. Display unit
6. 영상처리모듈 7. 고주파 인버터 8. 차광판 9. 조명6. Image processing module 7. High frequency inverter 8. Light shielding plate 9. Lighting
10. 카메라 11. 선별대상 12. 구동모듈10. Camera 11. Selection target 12. Driving module
13. 콘트롤러모듈 14. 기구부 15. 진공장치 16. 센서모듈13. Controller module 14. Mechanism 15. Vacuum device 16. Sensor module
17. 컨베이어벨트17. Conveyor Belt
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 품질선별 장치를 제어하는 제어부(1), 선별대상을 촬상하기 위한 비젼부(2), 선별대상을 운반하기 위한 운반부(3) 및 등급을 표시하기 위한 표시부(4)로 구성되며, 피혁을 운반하는 피혁 운반 단계와, 운반한 피혁을 촬상하는 촬상 단계와, 촬상된 영상을 처리하는 단계, 영상의 처리한 결과를 전송하는 단계 및 전송된 결과를 토대로 인공지능 기법을 이용하여 피혁의 품질을 평가하는 단계로 구성되어 있다The present invention for achieving the above object is a control unit (1) for controlling the quality screening device, a vision unit (2) for picking up the screening object, the transporting unit (3) for transporting the screening object and the rating for displaying It is composed of a display unit 4, based on a leather conveying step of conveying leather, an imaging step of imaging the conveyed leather, processing of the captured image, transmitting a result of the processing of the image, and the transmitted result. It consists of evaluating the quality of leather using artificial intelligence techniques.
이하, 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 지능형 피혁 품질선별 장치의 전체 구성도 이다. 그림에 나타낸 바와 같이 본 발명은 품질선별 장치를 제어하는 관제시스템부(1), 선별대상을 촬상하기 위한 비젼부(2), 선별대상을 운반하기 위한 운반부(3) 및 등급을 표시하기 위한 표시부(4)로 이루어져 있다.1 is an overall configuration diagram of an intelligent leather quality sorting apparatus of the present invention. As shown in the figure, the present invention provides a control system unit 1 for controlling a quality sorting apparatus, a vision unit 2 for picking up a screening object, a transporting unit 3 for transporting a screening object, and a grade for displaying the class. It consists of the display part 4.
관제시스템부(1)는 관제시스템 PC와 관제시스템 모니터로 구성되어 있으며, 관제시스템(1)에서 선별대상(11)인 피혁의 공급가능 신호를 내보내면 작업자가 피혁을 운반부(3)에 공급한다. 운반부(3)는 컨베이어벨트를 이용하여 피혁을 운반하며, 이때 운반부에 설치되어 있는 근접센서(16)를 이용하여 피혁이 일정한 거리 이동할 때마다 트리거신호를 영상처리 모듈(6)에 출력하며 영상처리 모듈(6)은 매 트리거 신호마다 비젼부(2)의 카메라(10)를 구동시켜 근접센서(16)로부터 좌표를 받아 그 위치를 보정하여 선별 대상인 피혁을 일정간격씩 촬상하게 된다.The control system unit 1 is composed of a control system PC and a control system monitor. When the control system 1 sends a supply signal of the leather that is the screening target 11, the operator supplies the leather to the transport unit 3. do. The conveyer 3 conveys the leather using the conveyor belt, and outputs a trigger signal to the image processing module 6 whenever the leather moves a certain distance by using the proximity sensor 16 installed in the conveyer. The image processing module 6 drives the camera 10 of the vision unit 2 at every trigger signal, receives coordinates from the proximity sensor 16, corrects the position thereof, and captures the leather to be selected at predetermined intervals.
촬상된 영상은 영상처리모듈(6)로 전송되고 영상처리모듈(6)은 영상처리 결과를 관제시스템(1)에 전송하게 된다. 전송된 영상처리 결과를 이용하여 관제시스템(1)은 선별결과를 표시부(4)로 전송하도록 되어 있다. 여기에서 영상처리모듈(6)은 영상처리 전용 하드웨어가 될 수도 있고, 독립된 처리 단위로 소프트웨어 처리를 위한 프로그램일 수도 있다. 피혁을 촬상하는 간격은 선별대상에 따라 변경 가능하다. 또한 영상처리모듈(6)과 관제시스템(1)은 통합된 하나의 시스템으로 구성될 수도 있다. 표시부(4)는 별도의 독립된 장치가 될 수도 있으며 관제시스템(1)과 일체로 구성하는 것도 가능하다. 관제시스템(1)은 작업자에 의한 등급판정 기준정보를 입력받을 수 있으며 피혁 공급신호 출력기능과 영상처리모듈(6)로부터 결함정보 입력받아 등급정보와 면적정보(평수)계산과 등급결과를 분류시스템(도시되지 않음)에 출력하는 기능을 가질 수도 있다.The captured image is transmitted to the image processing module 6 and the image processing module 6 transmits the image processing result to the control system 1. Using the transmitted image processing result, the control system 1 transmits the selection result to the display unit 4. The image processing module 6 may be dedicated image processing hardware or may be a program for software processing in an independent processing unit. The interval at which the leather is imaged can be changed depending on the object to be selected. In addition, the image processing module 6 and the control system 1 may be configured as an integrated system. The display unit 4 may be a separate device or may be configured integrally with the control system 1. The control system (1) can receive the rating determination reference information by the operator and receives the defect information from the leather supply signal output function and the image processing module (6), the classification information and area information (square) calculation and classification results classification system It may have a function to output to (not shown).
도 2는 본 발명의 비젼부의 일부를 확대한 것으로, 도 1과 도 2에서 알 수 있듯이 비젼부는 크게 카메라(10), 조명부(9), 차광판(8), 영상처리모듈(6) 및 고주파 인버터(7)로 이루어져 있다. 카메라(10)는 지지대에 의해 지지되어 운반부(3) 위에 설치되며, 카메라의 수는 선별대상에 따라 다르게 구성할 수 있고 그 배치도 일렬 또는 상황에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다. 카메라를 중심으로 일정한 거리에는 조명부(9)가 설치되어 있으며, 주위에는 조명부에서 조사되는 광의 누설을 막기 위해 차광판(8)이 설치되어 있다. 조명부의 구조 역시 상황에 따라 변경하여 구성할 수 있도록 되어 있다. 영상처리모듈(6)은 고속의 영상처리가 가능하도록 구성되어 있으며, 고주파 인버터(7)는 조명부(9)에 전원을 공급하는 역할을 한다.2 is an enlarged part of the vision unit of the present invention. As can be seen in FIGS. 1 and 2, the vision unit is largely a camera 10, an illumination unit 9, a light shielding plate 8, an image processing module 6, and a high frequency inverter. It consists of (7). Camera 10 is supported by a support is installed on the carrying unit 3, the number of cameras can be configured differently depending on the object to be selected and the arrangement can also be arranged in various forms depending on the line or situation. A lighting unit 9 is provided at a constant distance from the camera, and a light shielding plate 8 is provided around the camera to prevent leakage of light emitted from the lighting unit. The structure of the lighting unit can be changed and configured according to the situation. The image processing module 6 is configured to enable high speed image processing, and the high frequency inverter 7 serves to supply power to the lighting unit 9.
도 3은 본 발명의 운반부의 구성을 나타낸 것이다. 그림에서 보이듯이 운반부는 구동모듈(12), 콘트롤러모듈(13), 기구부(14), 진공장치(15), 센서모듈(16), 컨베이어벨트(17)로 구성되어 있다. 구동모듈(12)은 컨베이어벨트를 회전시키기 위한 모터와 기어, 전원부 등으로 구성되어 있고, 콘트롤러모듈(13)은 컨베이어벨트의 속도를 조정하기 위한 각종 전자장치와 전기장치를 구비하고 있다. 또한, 진공장치(15)는 선별대상이 되는 피혁을 흡착하여 컨베이어벨트에 고정하기 위한 흡입력을 제공하며, 컨베이어벨트(17)는 그 표면에 일정크기로 공기의 통과가 가능한 통로가 분포되어 진공흡착이 가능한 구조이다. 센서모듈(16)은 선별 대상인 피혁의 이동을 자동으로 감지하여 일정 길이 이동시마다 트리거 신호를 비젼부(2)에 출력한다.Figure 3 shows the configuration of the carrying section of the present invention. As shown in the figure, the transport unit is composed of a drive module 12, a controller module 13, a mechanism unit 14, a vacuum device 15, a sensor module 16, a conveyor belt 17. The drive module 12 includes a motor, a gear, a power supply, and the like for rotating the conveyor belt, and the controller module 13 includes various electronic devices and electric devices for adjusting the speed of the conveyor belt. In addition, the vacuum device 15 provides a suction force for adsorbing the leather to be screened to be fixed to the conveyor belt, the conveyor belt 17 is a vacuum adsorption is distributed in the passage through which a passage of air to a certain size This is a possible structure. The sensor module 16 automatically detects the movement of the leather to be selected and outputs a trigger signal to the vision unit 2 at every predetermined length of movement.
도 4는 본 발명에 의한 피혁의 품질선별방법을 나타내는 흐름도이다. 선별 대상인 피혁이 컨베이어벨트 위에 올려지게 되면 컨베이어벨트가 구동되면서 피혁을 카메라가 설치되어 있는 부분으로 이동시키게 된다. 피혁이 이동하게 되면 컨베이어에 부착되어 있는 감지센서는 이를 감지하게 되고, 이때부터 이동부 소정의 장소에 설치되어 있는 엔코더(도시하지 않음)는 일정한 모양의 펄스를 선별에 필요한 일정거리를 진행할 때마다 비젼부에 트리거 신호로 전달하게 된다(18). 그러면 비젼부는 이 신호를 인식하고 부착된 카메라를 이용하여 선별대상인 피혁을 촬상하게 된다(19). 촬상된 영상은 비젼부의 영상획득모듈에 의하여 정지된 영상으로 획득된다(20). 획득된 영상은 영상처리모듈의 DSP(Digital Signal Processor)보드로 전송되어(21), 선별에 필요한 영상으로 변환되기 위하여 전처리과정을 거치게 된다. 전처리된 영상은 다시 메모리에 저장 된다(22). 영상처리모듈의 DSP보드에서 전 처리된 영상에 대하여 영상처리모듈의 중앙처리 장치인 CPU가 굴곡특징추출을 하게 된다(23). 굴곡 특징 추출을 한 뒤 영상처리모듈은 이를 학습에 적절한 형태의 특징벡터로 변환시키는데 학습에 적절한 형태의 특징 벡터는 피혁의 품질 선별 종류에따라 변경가능하다(24). 추출된 특징 벡터는 LAN을 통하여 관제시스템으로 전송하게 된다(25).4 is a flowchart illustrating a quality selection method of leather according to the present invention. When the selected leather is placed on the conveyor belt, the conveyor belt is driven to move the leather to the part where the camera is installed. When the leather moves, the detection sensor attached to the conveyor detects this, and from this time, the encoder (not shown) installed at a predetermined place of the moving unit proceeds a certain distance necessary for sorting a pulse of a certain shape. It is transmitted to the vision unit as a trigger signal (18). Then, the vision unit recognizes the signal and photographs the leather to be selected using the attached camera (19). The captured image is acquired as a still image by the image acquisition module of the vision unit 20. The acquired image is transmitted to the DSP (Digital Signal Processor) board of the image processing module (21), and undergoes a preprocessing process to be converted into an image for selection. The preprocessed image is again stored in memory (22). The CPU, which is a central processing unit of the image processing module, extracts a bend feature for the preprocessed image from the DSP board of the image processing module (23). After the extraction of the bend feature, the image processing module converts it to a feature vector of a form suitable for learning. The feature vector of a form suitable for learning can be changed according to the type of leather quality selection (24). The extracted feature vector is transmitted to the control system via the LAN (25).
도 5는 본 발명에 의한 피혁 품질선별을 위해 획득한 영상으로부터 특징 벡터를 추출하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 다시말해 도 4에서 나타낸 것처럼 영상처리모듈의 DSP보드에서 전 처리된 영상에 대하여 영상처리모듈의 중앙처리 장치인 CPU가 굴곡특징추출을 하게 되는데 굴곡 특징 추출을 하기 위한 과정을 나타낸 것이 도 5이다. 획득한 영상은 우선 라인 버퍼 획득 과정을 거쳐 분산값과 평균값을 구하는 과정을 거치게 된다. 평균 영상인(Mean 영상)은 다음과 같은 수식을 이용하여 구하게 된다.5 is a flowchart illustrating a process of extracting a feature vector from an image acquired for leather quality selection according to the present invention. In other words, as shown in FIG. 4, the CPU, which is the central processing unit of the image processing module, extracts the feature of the bend from the preprocessed image on the DSP board of the image processing module. The acquired image is first subjected to a line buffer acquisition process to obtain a variance value and an average value. The mean image (Mean image) is obtained using the following equation.
여기서m은 평균값,M은 영상의 가로 크기,N은 영상의 세로 크기이며 f (r,c)는(r,c)에서의 밝기 값이 된다.Where m is the mean value, M is the horizontal size of the image, N is the vertical size of the image, and f (r, c) is the brightness value at (r, c).
분산 영상은 다음의 수식과 같은 과정을 통하여 분산값을 획득한 뒤 구성하게 된다.The variance image is configured after acquiring the variance value through the following process.
여기서 E는 expectation을 나타내고, Whalf 는 분산을 구하기 위하여 사용하고 있는 윈도우 크기의 1/2을 나타내며, f(r,c)는(r,c)에서의 밝기 값이 된다.Where E stands for expectation, W hal f stands for 1/2 of the window size used to find the variance, and f (r, c) is the brightness at (r, c).
이러한 과정을 거쳐 얻어진 분산 영상과 평균 영상인(Mean 영상)이 얻어지고 이를 품질 판정을 위하여 관제 시스템부로 전송하게 된다.Through this process, the distributed image and the mean image (Mean image) are obtained and transmitted to the control system unit for quality determination.
도 6은 비젼부로부터 전송받은 특징벡터 영상을 이용하여 관제시스템이 품질판정을 수행하는 과정을 나타낸 것이다. 관제시스템에는 크게 품질판정을 위한 신경망의 학습과정과 학습된 신경회로망을 이용한 품질판정과정으로 구성되어 있다. 본 발명에서는 온라인 상의 피혁 품질판정을 수행하기에 앞서서 사용자가 구성한 학습용 데이터를 이용하여 관제시스템에서 피혁 품질판정을 위하여 사용될 신경회로망을 학습시키게 된다. 학습이 진행되면 신경회로망은 사용자가 지정한 목표치와의 차이를 오차로 출력하게 되는데 오차가 사용자가 허용한 오차보다 작으면 학습이 완료된 것으로 간주하고 학습이 완료되는 시점에서 만들어진 가중치를 저장하게 된다.6 shows a process in which the control system performs quality determination using the feature vector image received from the vision unit. The control system is largely composed of the neural network learning process for quality determination and the quality determination process using the learned neural network. In the present invention, prior to performing online leather quality determination, the neural network to be used for leather quality determination in the control system is trained using the learning data configured by the user. As the learning progresses, the neural network outputs a difference from the target value specified by the user as an error. If the error is smaller than the error allowed by the user, the neural network is regarded as learning completed and stores the weight created when the learning is completed.
한편 학습이 완료되면 온라인 피혁품질 판정을 하게되는데 이하에서는 온라인 피혁 품질판정 과정을 설명한다. 관제시스템은 학습이 아닌 온라인 품질판정 과정이 시작되면 우선 학습 완료시 저장되어 있던 가중치를 로딩(loadimg)하게 된다. 가중치가 로딩되고 나면 비젼부에서 전송한 특징벡터가 신경회로망의 입력벡터로 입력되게 된다. 입력된 특징벡터는 가중치와 벡터곱을 실시하게 되고 벡터곱의 결과는 신경회로망의 은닉층의 전달함수를 거쳐 출력값을 내게되고 이 출력값이 다시 신경회로망의 출력층과 은닉층 사이에 연결된 가중치와 벡터곱을 이루고 벡터곱의 결과는 출력층의 노드들의 전달함수를 거쳐 최종 출력값을 내게된다. 관제시스템에서는 출력층의 출력 노드중 가장 큰 값을 가지는 노드에 해당하는 품질 판정 결과를 출력하고 이 출력값이 피혁 운반 장치인 컨베이어 시스템에 부착된 등급 표시부로 전송되고 관제 시스템의 데이터 베이스에 저정된다.On the other hand, when learning is completed, the online leather quality judgment is made. The following describes the online leather quality judgment process. The control system first loads the weights stored at the completion of learning when the on-line quality judgment process starts, not learning. After the weight is loaded, the feature vector transmitted from the vision unit is input as an input vector of the neural network. The input feature vector performs weight and vector product, and the result of the vector product is output through the transfer function of the hidden layer of the neural network, and this output value is again a vector product with the weights connected between the output layer and the hidden layer of the neural network. The result of is passed the final output through the transfer functions of the nodes of the output layer. The control system outputs the quality determination result corresponding to the node having the largest value among the output nodes of the output layer, and this output value is transmitted to the grade display unit attached to the conveyor system which is the leather conveying device and stored in the database of the control system.
이상과 같이 구성된 본 발명은 작업자의 피로에서 오는 품질선별의 부정확도를 개선하고, 객관화된 피혁 품질기준을 제공할 수 있으며, 자동화로 인한 생산성 향상과 작업 공정을 획기적으로 개선할 수 있다.The present invention configured as described above can improve the inaccuracy of the quality selection resulting from the fatigue of the worker, can provide an objective leather quality standard, it can significantly improve the productivity and work process due to automation.
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |