KR20060107218A

KR20060107218A - 도자기의 품질검사를 위한 원형성 검출 장치

Info

Publication number: KR20060107218A
Application number: KR1020050029314A
Authority: KR
Inventors: 박순영; 임상원; 김성훈
Original assignee: 박순영; 임상원; 김성훈
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-13

Abstract

현대 사회는 식기류를 비롯한 그룻이나 꽃병 등의 다양한 도자기가 자동화 되어 대량으로 생산되고 있다. 도자기 제조 기술의 향상에도 불구하고 온도나 습도 등의 환경적인 요인이나 외부의 여러 가지 상황에 의하여 불량품이 발생되고 있다. 도자기의 생산 라인은 거의 자동화 되어 있지만, 도자기의 품질을 검사하여 불량품을 확인하는 작업은 검사자가 직접 육안으로 판단하는 수동 검사 방식으로 이루어지고 있다. 무늬의 경우는 육안으로 판단하기도 쉬우며 하자 발생률도 낮고 어느 정도 객관성을 유지할 수 있지만, 원형성 검사는 육안으로 판단하기 어렵고, 검사자의 주관성에 치우치기 쉬우며 특정 검사자의 부재 시 검사 효율 감소와 품질성 저하의 결과가 발생한다. 따라서 일반 작업자들도 쉽게 사용할 수 있으며, 자동으로 검사할 수 있는 디지털 기반의 품질 검사장치의 개발이 요구된다. 본 연구는 이러한 원형성 검사 기술에 대한 구현으로 도자기에 대한 디지털 영상을 실시간으로 처리하여 자동으로 품질검사를 하는 시스템을 구현해보려고 한다.

도자기 품질검사

Description

도자기의 품질검사를 위한 원형성 검출 장치{Circular Level Detection Device for the Quality Inspection of Ceramics.}

도1은 품질검사 장치의 전체 시스템 블록도

도2는 실제 구현된 Hardware장치의 설계도

도3는 품질검사 알고리즘의 블록도

도4는 Software Interface 구성도

도자기를 생산 판매하는 업체에서는 도자기의 품질검사 방법으로 작업자가 육안으로 도자기의 원형정도를 판별하는 방법을 사용하고 있다. 이러한 수동적인 원형성 검사 방법은 검사자의 주관성에 치우치기 쉽고 단순 반복적인 작업으로 인하여 품질검사의 비효율성이 나타날 수 있다. 또한 검사자의 부재 시 검사 효율 감소와 품질 저하의 결과가 발생한다. 따라서 이러한 애로사항을 해결하기 위하여 생산된 도자기의 원형상태를 자동으로 검사할 수 있는 디지털 기반의 품질 검사장치의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 영상처리 기술을 활용하여 자동으로 도자기의 원형성을 검출하여 품질검사를 수행할 수 있는 디지털 검사장치의 개발을 목적으로 한다.

본 연구는 디지털 영상 신호처리기술, Median Filter 알고리즘 기술, Sobel Edge 알고리즘 기술, Chain Code 알고리즘 기술, 원형성 검사 알고리즘 기술 그리고 응용소프트웨어 제작 기술 및 USB캠 카메라 드라이버의 제어 기술이 적용되었다.

무늬의 경우 육안으로 쉽게 판단할 수 있으며 하자 발생률이 낮다. 하지만 원형성(도자기의 둘레가 찌그러짐 없이 얼마나 정원에 가까운지의 정도) 판단은 육안으로 판단하기 어려울 뿐더러 검사자의 주관에 따라 품질이 결정되기 쉽다. 따라서 본 연구는 육안으로 판단하기 어려운 원형성 검사를 객관적이고 정확하게 검사함으로써 신뢰도를 높이고 자동으로 품질검사를 함으로써 생산성 및 품질의 향상을 이룰 수 있다.

제1도는 품질검사 장치의 전체 시스템 블록도로서 각 부분에 대한 설명은 다음과 같다.

①은 품질검사 장치의 Hardware부분으로 일정한 광원의 밝기를 유지하여 도자기 영상을 획득하는 장치이다. 획득된 영상은 USB Cable을 통하여 컴퓨터로 전송된다. ②는 획득된 도자기의 영상 데이터를 처리하여 원형성 검사를 하는 알고리즘을 가시화(可視化)하여 나타낸 블록도이다. ③은 품질검사 장치의 S/W부분으로 사용자와 품질검사 장치간의 Interface역활을 하는 부분이다. ④는 품질검사 장치가 실행되고 있는 컴퓨터로서, 알고리즘을 포함한 Software Program이 실행되며, 품질검사 결과는 모니터로 확인할 수 있게 된다.

제2도는 실제 구현된 품질검사 장치의 Hardware부분에 대한 설계도 이다. 각 부분에 대한 재료나 사용된 장치는 도면과 같다.

USB Web-Camera를 이용하며 도자기의 영상을 획득한다. 획득되는 영상은 빛에 의한 색깔 정보를 이용하므로, 조명이나 햇빛 등 외부 광원의 변화에 민감하게 반응하게 되며 결국 품질검사의 정확도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 따라서 품질검사 장치의 Hardware부분은 외부의 빛을 차단하고 일정한 광원의 밝기를 유지하여 영상을 획득함으로서 미세한 잡음에도 강하고 정확한 품질검사를 하기 위해 개발되었다.

제3도는 품질검사 알고리즘의 블록도이다. 각 부분에 대한 설명은 다음과 같다.

[Image Acquiring]부분은 품질검사 장치의 Hardware로부터 일정한 밝기의 도자기 영상을 획득한다. USB Web-camera를 이용한다. [Median filter]부분은 윤곽선을 추출하기 위한 Edge는 그대로 두고 잡음만 제거 한다. Median filter는 영상의 각 Pixel마다 3 × 3 윈도우 마스크를 이용하여 이웃한 주변의 8방향에 대한 Pixel과 자신의 Pixel에 대한 총 9개의 색상 값을 오름차순 정렬한 후에 중간 값을 취하는 필터이다. [Sobel Edge]부분은 도자기의 테두리에 대한 Edge를 검출한다. Sobel Edge는 영상 데이터의 고주파 부분(색상 정보의 값이 급격하게 변하는 부분)을 추출하는 filter로서 Edge검출에 주로 사용된다. [Chain Code]부분은 Sobel Edge로 분할되어 이진화(0과 1의 두 가지 색상 정보만 가짐)된 영상에 Chain Code를 사용하여 윤곽선 정보만 추출한다. Chain Code는 유효 Pixel(이 시스템에서는 색상 정보가 1인 Pixel)부터 시작하며 3 × 3 윈도우 마스크를 이용하여 이웃한 주변의 8방향에 대한 유효 Pixel을 미리 정의된 방향 규칙에 따라 찾아가며 시작 Pixel과 끝나는 Pixel이 일치할 때까지 윤곽선을 추적하는 기술이다. [Search Center]부분은 추출된 윤곽선의 좌표 중심을 구한다. 윤곽선의 벡터는 Chain Code로 추출한 폐쇄된 윤곽선 상의 연속적인 순서로 이루어진 Pixel의 좌표 값 (x_i,y_i)의 집합이다. 윤곽선 Pixel의 총 개수를 N ₀라 할 때, 좌표 중심 (x_c,y_c)은 식(1)로 구한다.

그림1에서 보여 지는 도자기들은 식(1)의 방법으로 쉽게 좌표 중심을 얻을 수 있게 된다. 하지만 그림2에서와 같이 손잡이가 있는 도자기의 경우는 식(1)의 방법으로는 원하는 좌표 중심을 얻을 수 없게 된다.

따라서 손잡이가 달려 있는 도자기의 경우, 정사각형을 이용한 알고리즘으로 좌표 중심을 찾게 된다. 알고리즘은 다음과 같은 3개의 규칙으로 작동된다. 첫째, 정사각형은 도자기의 윤곽선 밖으로 벗어날 수 없다. 둘째, 정사각형은 폭과 높이 가 같은 크기로 증가하여 정사각의 형태를 유지해야 한다. 셋째, 정사각형의 4개의 모서리중 3개 이상이 도자기의 윤곽선에 닿을 때 까지 크기가 증가한다. 세 번째 규칙에 의해 정사각형의 증가가 멈추었을 때 정사각형의 중심이 찾고자 하는 좌표 중심의 근사치가 된다. 그림 3은 정사각형을 이용한 알고리즘으로 좌표 중심을 찾은 결과를 보여주고 있다.

[Central distance]는 각각의 윤곽선에 대한 좌표 중심까지의 거리(Central Distance)를 구한다. 중심 거리 벡터는 윤곽선의 좌표 중심 (x_c,y_c)으로부터 윤곽선 점(x_i,y_i)까지의 거리로 구성된다. 중심 거리 벡터 (r)는 식 (2)과 같다.

이때, N ₀은 (r)의 원소 총 개수이다. 단 그림 4와 같이 손잡이 부분에 대한 윤곽선은 중심 거리 벡터에 포함하지 않는다.

[Inspection]은 Central Distance에 대한 정보를 이용하여 원형성에 대한 품질검사를 한다. 우선 중심 거리 벡터 (r)의 평균값 (r_avg)을 구한다.

평균값으로부터 표준 편차 (r_dev) 와 정상률 (normal _rate ) 등을 검사하게 된다.

실험 결과 원형성에 대한 품질검사 시 표준 편차를 이용하는 것 보다, 각 화소의 평균과의 차를 이용하여 거의 차이가 없는(0.017이하) 화소들만 카운터 하여 전체 화소에 대한 백분율을 구한 정상률(normal _rate )이 더 정확하였다. 상수 0.017은 여러 번의 실험 결과를 이용하여 통계적인 방법으로 나온 임계치(Threshold Value)이다.

제4도는 Software Interface의 구성도이다. 각 부분에 대한 설명은 다음과 같다. ①은 S/W의 전체 구성이다. ②는 정상제품을 판단하기 위한 정원률(정상률)의 기준 값을 설정하는 곳이다. ③은 도자기 제품의 종류를 선택하는 Combo Box이다. 특히 손잡이의 유무에 따른 제품의 구별은 필수적이다. ④는 검사 결과를 보여준다. 품질검사의 판단에 따라 "정상 입니다" 또는 "불량 입니다"라고 출력한다. ⑤는 품질검사 시작/중지 버튼이다. ⑥은 품질검사 메뉴이다. 품질검사 [시작], [중지] 그리고 프로그램 [종료]가 있다. ⑦은 설정 메뉴이다. [비디오 포맷]은 해상도(160 x 120, 320 x 240 등) 와 픽셀 깊이(bit) 및 신호형식(RGB24, IYUV) 등을 지정할 수 있다. USB Web-Camera의 종류와 드라이버의 버전에 따라 다르다. [비디오 소스]는 비디오 장치 및 밝기, 채도, 선명도 등의 장치 설정과 기타 H/W(USB Web-Camera)관련 기능을 설정할 수 있다. USB Web-Camera의 종류와 드라이버의 버전에 따라 다르다. [Still 캡쳐]는 현재 Display되고 있는 영상이 Still Image로 품질검사 장치 프로그램이 있는 곳에 저장된다. 저장되는 파일명은 Still000.bmp부터 시작하여 Still001.bmp, Still002.bmp … 방식으로 저장된다. [테두리 표시]는 실시간으로 도자기 영상으로 부터 검출된 테두리를 Display한다. [사운드 사용]은 검사 결과에 따라 정상이나 불량에 대해 사운드로 표시해 주는 기능이다. ⑧은 도움말 메뉴이다. [프로그램 정보]는 품질검사 장치의 Software에 대한 간략한 정보를 표시한다. ⑨는 도구 모음(Tool Bar)이다. 각 아이콘에 대한 기능은 도면에 표 현된 것과 같다.

본 발명은 도자기의 원형성 검사를 통하여 도자기의 품질을 검사하는 프로그램이다. 여러 가지 다양한 도자기나 식기류의 그릇에 적용이 가능하며, 아주 작은 미세한 찌그러짐도 검출하여 판단함으로써 정원에 가까운 동그란 접시나 그릇, 컵 등을 생산할 수 있게 되어 품질 향상을 이룰 수 있다. 또한 실시간으로 자동 검사함으로써 작업 능률이 향상되며 생산성 증가에도 기여할 수 있다. 그리고 쉽고 간단한 소프트웨어의 인터페이스로 전문 검사자가 아닌 일반 작업자도 손쉽게 작업이 가능하며, 객관적이고 정확한 품질검사로 상품에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.

Claims

본 연구는 도자기의 원형성을 검출하여 품질검사를 실시간으로 자동 처리함으로써, 생산성 및 품질 향상을 이룰 수 있는 장치이다.