KR20090035763A

KR20090035763A - 3 차원 카메라 장치를 활용한 초음파 검사 장치 및 측정지그

Info

Publication number: KR20090035763A
Application number: KR1020070100706A
Authority: KR
Inventors: 김도현
Original assignee: (주)다우텔레콤; 김도현
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2009-04-13

Abstract

본 발명은 3 차원 카메라와 초음파 센서를 활용한 배관의 내/외부 표면을 3 차원 영상으로 수집, 데이터화하여 탐상 검사를 자동으로 실행할 수 있는 장치를 구현하고자 한다.

본 발명은 3 차원 영상과 초음파 검사 장치(100)로 3 차원 카메라 장치를 이용한 배관의 내/외부를 촬영하는 3 차원 카메라부(110), 초음파 센서를 활용 용접부에 대한 정밀검사를 하는 초음파 센서부(120), 배관의 종류에 따라 장치의 변환이 가능한 검사 지그부(130), 검사 지그를 구동하는 구동 장치부(140), 외부 전원 어댑터로부터 직류 전압을 공급받는 전원부와, 유무선 통신을 행하는 통신부와, 저장된 3 차원 영상데이터와 초음파 측정 데이터를 처리하는 메모리부, 주변장치의 입출력을 제어하는 주제어장치부(150), 3 차원 카메라에서 입력된 영상과 초음파 센서에 의해 취득한 데이터를 3 차원 영상을 디스플레이하는 모니터부(160)를 포함하는 장치를 구성한다.

3차원 카메라 모듈, 초음파 센서, 검사 지그, 구동장치

Description

3 차원 카메라 장치를 활용한 초음파 검사 장치 및 측정 지그 {3 dimension camera device and Ultrasonic monitering system using the device and measurement jig}

도 1 은 본발명의 전체 시스템 개념도를 나타낸 도면

도 2 는 본 발명의 3 차원 카메라 장치와 이를 활용한 초음파 검사 장치의 구성을 나타내는 도면

도 3 는 본 발명의 3 차원 카메라 장치를 이용한 작동에 대한 지그 장치 및 구동장치를 나타내는 도면

도 4 은 본 발명의 3 차원 카메라 장치를 활용한 초음파 검사에 대한 장치를 나타내는 순서도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 검사 장치 110: 3차원 카메라

120: 초음파 센서 130: 검사지그

140: 구동장치 150: 주제어장치

160: 모니터부

본 발명은 3 차원 카메라를 활용한 3 차원 영상을 바탕으로 초음파 센서에 의한 용접부 및 배관 내/외부 탐상 검사를 위한 측정을 하며, 배관 내/외부를 자동 구동 장치에 의해 무인으로 운행하게 하고 측정하고자 하는 데이터를 3 차원 영상에 투영하여 3 차원 영상과 초음파 측정 결과 및 탐상 검사 결과를 영상화하여 보려고 하는 장치에 관한 것이다.

종래의 기술들은 스캔방식에 의한 좌표값에 의해 영상을 조합한 초음파 센싱을 함으로써 검사 물체에 대한 정확한 영상 구현이 어려웠으며, 검사 데이터를 정확하게 측정하지 못하는 단점을 가지고 있었다.

이에 3 차원 영상을 활용한 입체적인 영상과 초음파 센서에 의한 측정 물체에 대한 정확한 데이터를 얻는 기법을 고안 3 차원 영상화함으로써 측정 대상물의 접근 불능 상태에서도 탐상 검사 결과를 얻을 수 있는 장치를 구현하고자 한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 3 차원 카메라와 초음파 센서를 결합하여 3 차원 영상과 초음파 탐상에 대한 검사 장치를 결합하여 다종의 배관에 대한 검사 지그를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술은 3 차원 카메라 장치를 이용 특정 배관의 내/외부 3 차원 표면 영상과 용접부에 대한 촬영과 초음파 검사를 동시에 수행하여 배관에 대한 영상을 모니터링(Monitoring)하게 한다.

요약에 구현하고자 하는 구체적인 발명 내용은 3 차원 카메라 장치를 이용한 배관의 내/외부 3 차원 영상을 촬영하는 3 차원 카메라부, 초음파 센서를 활용 용접부에 대한 검사를 하는 초음파 센서부, 배관의 종류에 따라 장치의 변환이 가능한 검사 지그부, 검사 지그를 구동하는 모터 구동하는 구동 장치부, 주변장치의 입출력을 제어하는 제어부와, 외부 전력 어댑터로부터 직류전압을 공급하는 전원부와, 유무선 통신을 행하는 통신부와, 저장된 3 차원 영상데이터와 초음파 측정 데이터 처리하는 메모리부 및, 3 차원 카메라에서 입력된 영상과 초음파 센서에 의해 취득한 데이터를 3 차원 디스플레이하는 모니터부를 포함한다.

본 발명은 3 차원 카메라와 초음파 센서를 결합하여 3 차원 영상의 조영과 초음파 센서에 의한 검사를 통해 취득한 데이터를 조합하여 모니터링할 수 있는 장치를 구현하며, 종류가 다른 배관에 따라 자동으로 검사가 가능하도록 한 기계 구조물 즉 지그 장치를 제공하고자 한다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 에는 본 발명의 3 차원 카메라 장치를 이용한 3 차원 영상 촬영 장치의 구성이 개략적으로 도시된다.

본 발명의 상세한 기술적 내용으로 본체는 4 개의 관절로 구성되며, 각각의 관절은 공.유압 실린더에 의해 확대, 축소 할 수 있으며, 각 관절 말단에 고무바퀴, 무한궤도를 장착 모터에 의해 구동된다.

본체 내부의 구조는 주제어장치, 공/유압실린더, 모터제어장치, 3 차원 카메라 장치로 구분된다.

주제어장치는 초음파 센서(탐촉자)가 측정한 데이터와 2 대의 카메라가 배관을 180 도씩 회전 촬영하며 3 차원 카메라에서 취득한 3 차원 영상은 이미지 맵핑(Image Mapping)을 통해 소프트웨어로 연산처리를 하여 초음파 센서(탐촉자)의 측정치와 3 차원 영상을 결합하는 역할을 한다.

그리고 실린더, 모터, 통신, 영상 압축, 초음파 센서, 이미지센서 등 여러 입출력에 관련된 제어를 총괄하는 장치를 주제어장치라 한다.

공/유압 실린더, 모터제어 장치는 기구물(본체), 측정 지그를 자동으로 움직일 수 있도록 하기 위해 설계되었으며, 공/유압 실린더는 관절을 최대 90 도까지 꺽을 수 있으며, AC, DC 구동이 가능하도록 설계한다.

모터제어는 DC+12V, DC+24V 용 서보모터, 스탭핑 모터,직진 모터를 사용 고무바퀴나 무한궤도를 구동하여 이동할 수 있고 직진모터는 측정 지그장치 4 개축에 대한 길이 조정용으로 설계했다.

3 차원 카메라 장치(110)는 단일 이미지 센서 칩을 내장한 장치로서 하드웨어적으로 3 차원 영상을 취득한다.

근본 원리는 TOF (Time_ Of_ Flight) 체계로 신호의 전송에 관련하여 피사체에서 반사된 신호를 측정해서 측정된 경과 시간 및 매체안에 신호를 삼각 측정 방식으로 산출한다.

3 차원 이미지 센서의 영상 취득 방법은 광원의 조사에 의해 피사체에 의해 반사된 광 주파수 즉 거리, 깊이 데이터를 이미지 센서가 취득 각각의 픽셀(Pixel)에 피사체의 질감(거리, 깊이)을 받아 들여 3 차원 영상을 취득하며, 각각의 픽셀 (Pixel)에 저장된 용량값을 AD 변환하여 제어부로 전송하면 제어부에서 이 데이터를 소프트웨어에 의해 이미지 맵핑(Image Mapping) 처리를 통해 피사체 영상을 사용자가 3 차원으로 모니터링 할 수 있다.

3 차원 이미지 센서는 기존의 입체영상(stereo) 카메라가 측정하는 삼각측량 기법과 동일한 방법을 가진다.

예를 들면, 카메라 2 대를 목표하는 지점에 일치하도록 배치하여 3 차원 영상을 읽어 들여 소프트웨어적으로 영상을 처리하는 것은 일치하는 것이나, 본 발명에서는 2 대의 카메라가 아닌 광원과 이미지 센서를 사용하여 삼각측량을 한다.

또한 3 차원 이미지 센서는 용량성 전해 콘덴서의 배열로 다층 구조 설계에 의해 기존 CCTV (CCD, CMOS Sensor) 카메라의 단층 구조에 비해 여러 형태의 이미지를 위한 하드웨어로 구성한 3 차원 이미지 센서이다.

CMOS 이미지 센서 칩은 120 X 160 화소를 가지며, CMOS 센서 칩에 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통합한 칩을 사용해 60 fps 까지의 프레임 속도를 가진다.

또한 3 차원 카메라는 초음파 센서의 검사 구간을 촬영할 수 있도록 광섬유로 제작된 케이블을 사용하여 렌즈와 조명을 통합한 마운트를 제작 3 차원 영상을 촬영하며, 지그부가 180 도 회전함에 따라 케이블의 여유분을 주어 파손을 방지할 수 있게 한다.

본 발명의 초음파 센서 장치(120)는 측정 배관의 크기, 두께에 따라 센서(탐촉자)의 주파수(1MHz ∼ 100MHz) 특성을 고려 다양한 초음파 센서 기술을 접목, 여러 종류의 탐촉자를 개발, 다종의 배관을 검사할 수 있는 초음파 센서를 부착한다.

또한 초음파 센서는 주파수 특성에 따라 각 매질에 대해 변화를 주어 취부하며, 각 매질에 따라 초음파 센서(탐촉자)를 제작하며 센서 각도(10 도, 30 도, 45 도, 90 도)를 매질에 따라 바꾸어 가며 측정할 수 있도록 한다.

초음파센서는 접촉 매질과의 마찰을 줄여야 하기 때문에 원활한 검사를 위해 윤활 역할을 해주는 장치가 취부되어야 한다. 이에 초음파 센서(탐촉자)와 매질 사이에 윤활제를 자동 분사 할 수 있는 노즐을 설치한다.

초음파 센서의 각 매질에 대해 측정하는 방식은 데이터가 아나로그(Analog)로 측정되며, 측정된 검사에 오류가 발생할 시 매질에 따른 주파수 특성이 상이하게 나타난다. 이에 매질에 따른 측정값을 디지털(Digital)로 변환하여 표시해주는 장치를 구성한다.

본 발명의 초음파 센서부(120)를 구동하는 장치(모터)에 의해 전후진이 가능하며, 다양한 배관의 크기에 따라 검사 지그의 조절이 가능하며, 지그의 관절마다 내부에 모터를 장착 배관 직경에 따라 메모리된 배관 길이만큼 모터를 작동하여 크기를 선택할 수 있게 회전 반경을 조정할 수 있는 검사 지그부(130)를 포함하며, 도면 2 의 part3 에 설계된 측정지그에 대한 기계적 설계에 의해 측정지그의 이중 기어식에 대한 내용으로 기어의 구조를 맞물리게 설계하여 하나의 기어에서 발생하는 기어 토크에 의한 마찰력에 대한 손실률을 줄이기 위해 이중기어로 설계를 하였고 다종류의 배관에 따라 자동으로 모터를 제어, 작동하는 기능을 하는 구동 장치부(140)를 포함한다.

구동장치부(140)은 주제어장치(150)에 의해 조정된다.

검사장치(100)에 설치된 주제어장치부(150)는 중앙처리 장치로 클럭주파수 330 MHz 이상을 사용하며, 32 비트 어드레스 버스와 데이터 버스를 사용 고속 처리를 행하며, 변조주파수 44 MHz 를 발생하여 주변장치의 입출력을 제어한다.

전원부는 외부 전원 어댑터로부터 입력된 DC(+12V, +24V), AC 전압을 AC/DC-DC 변환하여 공급하며, 실외 작동 시 전원 공급이 어려울 경우 예비 충전기를 사용 최대 6 시간 장치를 구동한다.

통신부는 데이터 인터페이스(Data Interface)는 직렬 통신 RS232C, RS485 등을 기본 수단으로 연결하고, 용도에 따라 10/100-Base-T Ethernet 을 적용, 또한 IEEE802.11a/b/g/n 규격(2.4 ∼ 2.48GHz, 5.5 ∼ 5.8GHz) 에 준한 듀얼 모드(Dual Mode)무선 통신을 행한다.

메모리부는 3 차원 영상 데이터와 초음파 센서에 의한 검사 데이터를 저장하여 이벤트 발생에 따라 3 차원 영상 화면과 데이터의 저장을 한시적으로 저장한 후 자동 삭제하는 수단을 포함할 수 있다.

모니터부(160)는 3 차원 카메라에서 입력된 영상을 디스플레이하는 패널로 배관의 크기에 따라 내부 화면을 실시간으로 촬영한 3 차원 영상을 볼 수 있다.

도면 4 에서 상기 3 차원 카메라 장치를 활용한 초음파 탐상 검사 장치에 대한 사항으로 다양한 배관에 따른 자동 지그 조정(210)을 통해 검사 장치를 고정하며, 3 차원 카메라 장치의 작동(220)을 통해 배관 내/외부 촬영과 초음파 검사를 실시하기 위한 모터 구동 장치를 작동(230)하며, 초음파 검사는 초음파 검사 센서를 작동(240)하여 검사를 실시 하고 초음파 센서에 의한 검사(250) 결과 이상 유무 에 대한 데이터를 판단하며 이상이 있을 시 이상(특이) 지점에 대한 재검사를 하며, 검사 내역에 대한 데이터를 3 차원 영상과 함께 검사데이터를 조합하는 기능(260), 검사의 진행에 따라 3 차원 영상과 측정 데이터를 실시간으로 3 차원 영상으로 모니터 할 수 있는 기능의 검사 방법.

또한, 3 차원 인식된 영상 데이터와 초음파 검사 데이터를 통합하여 모니터 화면에 검사된 3 차원 영상을 나타낼 수 있다.

도면과 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사양에 의해 정해져야 할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 3 차원 카메라 장치와 초음파 센서에 의한 검사 장치 및 측정 지그를 통한 3 차원 영상 및 검사 데이터를 3 차원 영상을 통해 모니터할 수 있는 장치로 특이 사항을 사용자에게 전달 검사에 대한 결과를 입체적으로 얻을 수 있다.

Claims

3 차원 카메라와 초음파 센서를 활용 다양한 종류의 배관에 따른 용접 부위 및 배관 내/외부에 대한 초음파 탐상 검사를 수행 데이터를 종합 처리하여 3 차원 영상으로 구현하며 검사 부위의 형태를 정확하게 표현해주는 장치.
제 1 항에 있어서 3 차원 영상의 취득은 장치에 부착된 2 대의 카메라에 의해 각각 배관의 180 도를 촬영하며, 두개의 촬영된 영상 데이터를 소프트웨어적으로 합성해 하나의 배관으로 복원시켜 검사부위에 대한 3 차원 영상을 구현하는 기술.
상기 3 차원 카메라 장치와 이를 활용한 초음파 검사 장치를 적용한 검사 지그 및 구동장치로 검사 대상 즉 다양한 크기 및 종류의 배관을 검사할 수 있도록 검사 지그를 배관 크기에 따라 자동으로 확대, 축소 조정이 가능하도록 하며 지그 이음새에 모터를 장착하여 구동장치 전체를 움직이게 하며, 모터에 부착된 기어의 설계는 이중 기어를 사용 지그의 검사 정확도 및 안전성을 고려한 기구 설계.
상기 3 차원 카메라 장치를 활용한 초음파 탐상 검사 장치에 대한 사항으로 다양한 배관에 따른 자동 지그 조정(210)을 통해 검사 장치를 고정하며, 3 차원 카메라 장치의 작동(220)을 통해 배관 내/외부 촬영과 초음파 검사를 실시하기 위한 모터 구동 장치를 작동(230)하며, 초음파 검사는 초음파 검사 센서를 작동(240)하여 검사를 실시 하고 초음파 센서에 의한 검사(250) 결과 이상 유무에 대한 데이터를 판단하며 이상이 있을 시 이상(특이) 지점에 대한 재검사를 하며, 검사 내역에 대한 데이터를 3 차원 영상과 함께 검사데이터를 조합하는 기능(260), 검사의 진행에 따라 3 차원 영상과 측정 데이터를 실시간으로 3 차원 영상으로 모니터 할 수 있는 기능의 검사 방법.