KR200309184Y1 - 기준점이 없는 피검사체의 중심 위치를 산출하기 위한3차원 검사용 카메라 유닛 - Google Patents

Abstract

본 고안은 피검사체에 레이저 시트빔을 조사하는 레이저 조사부와, 피검사체의 평면에 대향 배치되어 광학 이미지를 이용하여 피검사체의 평면 위치 데이터를 측정하는 2차원 광학 비젼과, 이 2차원 광학 비젼에 평행하고 피검사체를 향해 경사지게 배치되어 피검사체의 3차원 위치 정보를 갖는 시트빔의 반향 이미지를 이용하여 피검사체의 엣지 포인트 위치 데이터를 측정하는 3차원 레이저 비젼과, 상기 광학 비젼과 레이저 비젼의 위치 데이터를 조합하여 피검사체의 평면과 중심 위치를 연산하는 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛을 제공한다.

Description

기준점이 없는 피검사체의 중심 위치를 산출하기 위한 3차원 검사용 카메라 유닛{CAMERA UNIT FOR MONITORING OBJECTED 3-DIMENSIONAL POSITION FOR MEASUREMENT OF REFERENCE POINT}

본 고안은 3차원 검사용 카메라 유닛, 보다 구체적으로, 측정 기준점이 없는 피검사체의 중심 위치를 측정하여 피검사체의 가공 공차 또는 조립 공차를 검사할 수 있는 3차원 검사용 카메라 유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 기계 요소들은 그 제조, 가공 및 조립 과정중에 공차가 생기게 마련이며, 이러한 발생 공차는 설계 범위내에 있지 않으면 추후 기계 요소 또는 이들의 조립 어셈블리의 작동에 치명적인 결과를 초래할 수 있다.

종래, 이러한 제조, 가공 및 조립 공차의 검사는 주로 작업자의 육안 검사와 게이지 검사에 의존하고 있기 때문에 정확하고 신속한 검사가 곤란하였으며, 이는 기계 요소 자체의 불량과 이들 요소를 조립한 소정의 장치 어셈블리의 조립 불량을 유발한다.

본 고안의 목적은 전술한 문제점을 해소하도록, 2차원 광학 비젼과 3차원 레이저 비젼을 이용하여 측정 기준점이 없는 피검사체를 측정하여 피검사체의 중심 위치를 측정하기 위한 3차원 검사용 카메라 유닛을 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 카메라 유닛의 측면도.

도 2는 본 고안의 일실시예를 따른 카메라 유닛의 레이져 비젼의 작동 개념도.

도 3은 본 고안에 따른 카메라 유닛을 이용하여 부시형 피검사체를 측정하는 상태를 나타낸 도면.

도 4는 도 3에 따른 측정으로부터 얻어지는 2차원 평면 데이터와 3차원 데이터를 개념적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

C1: 2차원 광학 비젼

C2: 3차원 레이저 비젼

Li: 시트빔 조사부

Lr: 시트빔 수광 센서

O: 피검사체

Po: 피검사체의 중심 죄표

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 고안은 피검사체에 레이저 시트빔을 조사하는 레이저 조사부와, 피검사체의 평면에 대향 배치되어 광학 이미지를 이용하여피검사체의 평면 위치 데이터를 측정하는 2차원 광학 비젼과, 이 2차원 광학 비젼에 평행하고 피검사체를 향해 경사지게 배치되어 피검사체의 3차원 위치 정보를 갖는 시트빔의 반향 이미지를 이용하여 피검사체의 엣지 포인트 위치 데이터를 측정하는 3차원 레이저 비젼과, 상기 광학 비젼과 레이저 비젼의 위치 데이터를 조합하여 피검사체의 평면과 중심 위치를 연산하는 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛을 제공한다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 상기 피검사체는 중실 또는 중공의 원통형 부재인 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 상기 레이저 비젼은 시트빔 수광 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 상기 피검사체의 엣지 포인트 위치는 3점(point) 이상인 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 상기 카메라 유닛은 장착 브라켓내에 설치되며, 이 장착 브라켓은 xy-평면 상에서 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 상기 레이져 비젼의 경사각은 광학 비젼의 기준축에 대해 30°인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 카메라 유닛의 측면도이다.

카메라 유닛은 3차원 측정을 통해 피검사체의 중심 위치 좌표를 얻기 위한 구성으로, 피검사체의 측정 대상 부분은 중실의 원통형 부재의 상부 또는 중공의부시형 부재의 상부이다.

측정시, 피검사체의 중심 위치를 산출하기 위해서는 원통형 상부 평면 또는 부시 부재의 상부 평면의 엣지 부분의 복수개의 포인트 좌표를 확정하고 이 복수개의 포인트 좌표를 잇는 원궤적을 확정한 후 이로부터 원의 중심 좌표를 연산하는 과정이 필요하다.

도 1에 도시된 바에 따르면, 카메라 유닛은 피검사체(O)에 레이저 시트빔을 조사하는 레이저 조사부(도시 생략)와, 피검사체의 평면에 대향 배치되어 광학 이미지를 이용하여 피검사체의 평면 위치 데이터를 측정하는 2차원 광학 비젼(C1)과, 이 2차원 광학 비젼에 평행하고 피검사체를 향해 경사지게 배치되어 피검사체의 3차원 위치 정보를 갖는 시트빔의 반향 이미지를 이용하여 피검사체의 엣지 포인트 위치 데이터를 측정하는 3차원 레이저 비젼(C2)과, 상기 광학 비젼과 레이저 비젼의 위치 데이터를 조합하여 피검사체의 평면과 중심 위치를 연산하는 연산 수단(도시 생략)을 포함한다.

상기 레이저 시트빔 조사부는 피검사체에 대해 소정 각도로 레이저 시트빔을 조사하며, 피검사체에서 반사된 시트빔을 분석함으로써 피검사체의 3차원 위치 좌표를 획득할 수 있다.

상기 2차원 광학 비젼(C1)과 3차원 레이저 비젼(C2)은 피검사체의 위치 좌표를 측정하는데 있어서 정확한 측정 데이터를 얻을 수 있게 상호 보완적으로 기능한다.

즉, 2차원 광학 비젼(C1)은 피검사체(O)의 평면 위치(예컨대, xy-평면)를 측정하는데 더욱 유용하며, 3차원 레이저 비젼(C2)은 광학 비젼으로부터 얻을 수 없는 3차원 위치 데이터(예컨대, z-축 방향 데이터)를 얻는데 유용하다.

상기 2차원 광학 비젼(C1)은 피검사체가 정확하게 검사 위치에 자리하였는지 여부를 광학 이미지를 통해 쉽게 확인할 수 있으며, 획득된 광학 이미지를 이용하여 피검사체의 평면 위치 좌표를 확정한다. 이 위치 좌표는 광학 비젼에 결상된 피검사체의 광학 이미지를 광학 비젼의 선정된 화면 분할(배율 및 화소 설정)을 이용하여 좌표연산되는 것으로 얻어진다. 이렇게 얻어진 위치 데이터는 피검사체의 기준 데이터로 이용된다.

상기 3차원 레이저 비젼(C2)은 피검사체의 엣지 부분, 즉 원통형 부분이나 부시 부재의 테두리 부분의 포인트 좌표를 측정하기 위한 구성이다.

레이저 시트빔 조사부에서 조사된 시트빔은 피검사체에서 반사되며, 이 반사된 시트빔 이미지를 레이저 비젼(C2)에서 검출하여 위치를 연산한다. 피검사체에 대해 소정 각도로 조사된 시트빔은 시트빔 자체가 갖는 특성상 피검사체의 원통형 부분 또는 부시 부재를 예컨대, z-축 방향으로 절단 투사하게 되며, 이로부터 반향된 시트빔은 3차원 위치 정보를 포함한다.

도 2는 본 고안의 일실시예를 따른 카메라 유닛의 레이져 비젼의 작동 개념도로서, 전술한 시트빔 조사부에서 조사된 시트빔의 반향 이미지를 이용하여 피검사체의 3차원 위치를 산출한다. 이 도면에서, 조사된 시트빔의 반향 이미지를 이용한 레이저 비젼의 작동을 나타내기 위하여 레이저 시트빔 조사부(Li)를 레이저 비젼에 일체로 구성한 것으로 도시되어 있지만, 별개로 구성하여도 무방하다.

시트빔 조사부(Li)에서 조사된 시트빔은 피검사체에서 반사되어 레이저 비젼의 수광 센서(Lr)에 검출된다. 검출된 시트빔은 피검사체의 3차원 위치 데이터(Xs,Ys,Zs)를 포함하고 있으며, 이 위치 데이터는 소정의 연산 수단, 즉 연산 프로그램에 의해 상기 2차원 광학 비젼(C1)으로부터 획득된 2차원 기준 위치 데이터와 병합되어 정확한 3차원의 포인트 위치 좌표로 연산된다.

도 3은 본 고안에 따른 카메라 유닛을 이용하여 부시형 피검사체를 측정하는 상태를 나타낸 도면이이며, 도 4는 도 3에 따른 측정으로부터 얻어지는 2차원 평면 데이터와 3차원 데이터를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도면에 따르면, 피검사체는 피검사체에 대향 배치된 2차원 광학 비젼(C1)과 경사 배치된 3차원 레이저 비젼(C2)에 의해 측정되며, 2차원 광학 비젼에 의해서는 피검사체의 평면 위치 데이터(P1,P2,P3), 즉 부시형 부재의 테두리의 xy-평면 위치 데이터가 획득되며, 3차원 레이저 비젼에 의해서는 부시형 부재의 z-축 방향을 따른 시트빔 이미지로부터 3차원 위치 데이터가 획득된다.

위치 데이터는 3곳 이상의 위치에서 측정되며, 이는 피검사체의 원형 육곽을 확정하기 위한 필요 조건이다.

레이저 비젼에 의해 측정되는 3차원 엣지 포인트 위치 좌표는 측정 엣지 부분의 결함에 의해 리세스 또는 돌출부가 있을 수 있기 때문에, 이를 보정하기 위해서는 2차원 광학 비젼에 의한 기준 평면 위치 데이터가 필요하다.

2차원 광학 비젼에 의해 측정된 부시형 부재의 3개의 위치 데이터(P1,P2,P3)는 100등분으로 분할되어 각각 100분할 데이터(P101,..,P399)가 얻어지며, 이들 데이터중 상하한치를 제거하고 예컨대 중앙 5%의 값을 평균하여 데이터의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

레이저 비젼에 의해 측정된 z-축 방향 위치 데이터는 광학 비젼에 의해 획득된 평면 위치 데이터와 비교 연산되어 피검사체의 엣지 포인트 위치를 확정하게 된다.

이렇게 얻어진 3개의 엣지 포인트 위치 데이터는 소정의 연산 프로그램에 의해 연산되어 원형 궤적과 그 궤적의 중심 좌표(Po)가 얻어진다.

본 고안의 카메라 유닛은 피검사체의 측정을 위해 장착 브라켓 내에 장착된 상태로 피검사체의 상부평면 상에 있는 소정의 가이드 레일을 통해 이동 가능하며, 3차원 레이저 비젼(C2)은 광학 비젼과 대략 30°정도의 기울기로 배치되는 것이 바람직하다.

이상의 설명과 도면을 참조하여, 위치가 확정되지 않은 소정 위치를 측정할 수 있는 본 고안의 카메라 유닛에 대해 설명하였지만, 본 고안은 도시된 도면과 전술한 설명에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 고안은 2차원 광학 비젼과 3차원 레이저 비젼을 이용하여 기준점이 없는 피검사체의 엣지 포인트를 측정하고 이로부터 피검사체의 궤적과 그 중심 위치를 용이하게 산출할 수 있는 카메라 유닛을 제공한다.

Claims (6)

1. 피검사체에 레이저 시트빔을 조사하는 레이저 조사부와, 피검사체의 평면에 대향 배치되어 광학 이미지를 이용하여 피검사체의 평면 위치 데이터를 측정하는 2차원 광학 비젼과, 이 2차원 광학 비젼에 평행하고 피검사체를 향해 경사지게 배치되어 피검사체의 3차원 위치 정보를 갖는 시트빔의 반향 이미지를 이용하여 피검사체의 엣지 포인트 위치 데이터를 측정하는 3차원 레이저 비젼과, 상기 광학 비젼과 레이저 비젼의 위치 데이터를 조합하여 피검사체의 평면과 중심 위치를 연산하는 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 피검사체는 중실 또는 중공의 원통형 부재인 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 레이저 비젼은 시트빔 수광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛.
4. 제1항에 있어서, 상기 피검사체의 엣지 포인트 위치는 3점(point) 이상인 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛.
5. 제1항에 있어서, 상기 카메라 유닛은 장착 브라켓내에 설치되며, 이 장착 브라켓은 xy-평면 상에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛.
6. 제1항에 있어서, 상기 레이져 비젼의 경사각은 광학 비젼의 기준축에 대해 30°인 것을 특징으로 하는 3차원 검사용 카메라 유닛.