KR20100002583A

KR20100002583A - 고속 레이저 비전 센서 시스템, 이를 이용한 고속 이미지프로세싱 방법 및 용접부 외관 검사방법

Info

Publication number: KR20100002583A
Application number: KR1020080062529A
Authority: KR
Inventors: 이세헌; 박태규; 이희준; 신기현
Original assignee: 한양대학교 산학협력단; 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-01-07
Also published as: KR101026720B1

Abstract

본 발명은 고속 레이저 비전 센서 시스템, 이를 이용한 고속 이미지 프로세싱 방법 및 용접부 외관 검사방법에 관한 것으로, 가공물의 용접 표면에 레이저 광을 주사하는 슬릿 레이저광원, 및 상기 용접 표면에 주사된 레이저 광을 검출하여 용접 비드의 이미지를 획득하는 화상카메라를 구비하는 레이저 비전 센서부와; 상기 화상카메라에서 획득된 용접 비드의 이미지를 전송받아 샘플링 및 3차원 디지털 이미지로 전환하여 컴퓨터의 메모리에 저장하는 이미지 그레버 보드를 구비하는 고속 레이저 비전 센서 시스템을 제공한다.

이와 같은 구성을 구비함으로써, 고속으로 비드의 형상과 결함 여부에 대한 정보를 정량적으로 제공할 수 있게 됨으로써 신뢰성 있는 비드 검사방법을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

레이저 비전, 레이저 구조광, 용접 비드, 이미지 프로세싱, 용접 결함

Description

고속 레이저 비전 센서 시스템, 이를 이용한 고속 이미지 프로세싱 방법 및 용접부 외관 검사방법{HIGH-SPEED LASER VISION SENSOR SYSTEM, HIGH-SPEED IMAGE PROCESSING METHOD AND WELD BEAD INSPECTION MEHTOD USING THE SAME}

본 발명은 고속 레이저 비전 센서 시스템, 이를 이용한 고속 이미지 프로세싱 방법 및 용접부 외관 검사방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고속 고정밀도의 레이저 비전 센서 시스템과, 상기 레이저 비전 센서 시스템을 이용하여 종래보다 3배 이상으로 속도가 향상된 이미지 프로세싱 방법 및 상기 이미지 프로세싱 방법을 통해서 측정된 형상을 이용하여 용이하게 용접부를 인식하고 용접부의 외관 불량을 검출할 수 있는 용접부의 외관 검사방법에 관한 것이다.

용접은 구조물의 이음새 형상을 자연스럽게 하여 구조를 간단하게 하며, 균질하고 높은 강도를 제공함과 동시에 비용이 저렴하여 금속재료를 접합하는 방법으로 널리 이용되고 있다. 그러나, 일반적으로 용접부 및 그 부근의 금속은 단시간 내에 급속한 온도 변화로 인하여 금속 내부구조가 변하여 취성을 띠거나, 잔류응력, 기공 등을 유발하는 동시에 각종 균열을 동반하는 경우가 많다. 이는 용접재의 이음 성능을 약화시켜 용접 구조물에 필요한 접합성을 만족시키지 못하고 용접 이음 부의 파괴 원인이 될 수 있다.

이와 같이 용접부에 발생한 외관상 또는 성능상의 불만족으로 보이는 각종 결함을 용접 결함이라고 하며, 용접 결함의 방지는 용접기술에 있어서 가장 어려운 부분이기도 하다. 한편, 용접 결함은 재료의 강도가 증가함에 따라 그 발생 가능성도 증가한다. 따라서 구조물의 안정성 확보를 위해서는 용접시에 결함의 발생을 최대한 억제할 수 있는 재료의 선택, 설계, 시공, 검사의 각 단계에서 충분한 검토가 필요하다.

용접 결함의 검사방법으로서, 비파괴 검사 방법에는 RT(Radiographic Testing), UT(Ultrasonic Testing), MT(Magnetic Testing), PT(Penetrant Testing), ET(Eddy Current Testing) 등이 있다. 상기 방법 중 RT와 UT는 내부 검사용으로, 나머지는 외부 검사용으로 사용되고 있다. 이러한 검사방법들은 고도의 검사 기술 능력 및 보조 장비를 갖추어야 하며, 특히 상기 외부 검사방법들은 육안으로 적합/부적합 판정을 하여야 하는 불편함이 있었다.

일반적으로 용접 외부 결함 판별방법으로는 CCD카메라를 통해 용접부의 2차원 정보를 얻어 이미지 프로세싱(image processing) 과정을 거쳐, 3차원으로 보정(calibration)한 후에 결함을 판별하는 방법이 주로 사용되었다.

Barnett 등은 "laser guidance system for robot(Robotics welding, springer-Verlag, 1987)"에서 CCD카메라를 이용하여 2차원 이미지를 획득하고, 용접 비드의 리플(ripple)의 횡단면과 종단면의 강도(intensity)를 계산하여 용접성을 판단하는 기술을 개시하였다. 여기서는 단면 픽셀의 밝기를 이용하여 픽셀 강 도의 적분값과 표준편차를 구하고, 조밀하고 규칙성 있는 리플을 가질 때 양호한 용접이라고 판단하여 비드의 용접성을 판단하였다.

또한, 스위스의 Soudronic사에서는 테일러드 브랭크 용접의 용접부 형상을 판단하기 위해 레이저 비전 센서 MVS-10을 이용하여 한 번에 5개의 레이저를 투사하고, CCD카메라로 2차원 이미지를 획득, 화상 처리한 후 seam concavity, seam convexity, misalignment, bead width, lack of penetration 등을 계산하여 용접 결함을 판단하였다.

그러나, 종래의 레이저 비전 센서는 속도가 느리기 때문에 빠른 처리속도를 필요로 하는 공정에서는 사용할 수 없는 문제가 있었다. 더욱이 종래의 기술들은 레이저 비전 센서를 이용하여 단순히 용접부의 비드 크기만을 측정하거나, 용접선을 추적하는 기술만을 제시하고 있을 뿐, 용접부의 비드를 찾아내거나 용접부의 외관 불량을 검출하는 알고리즘 개발에는 미흡하다는 지적이 있어왔다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 구조광을 이용하여 고속으로 획득 이미지를 프로세싱할 수 있는 고속 레이저 비전 센서 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 고속 레이저 비전센서 시스템을 이용하여 종래보다 3배 이상으로 속도가 향상된 이미지 프로세싱 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래 사람이 직접 정성적인 방법으로 처리하던 용접부 외관불량 검사를 자동화하여, 용이하게 용접부를 인식하고 용접부의 외관 불량을 정량적 방법으로 측정할 수 있도록 한 용접부 외관 검사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템은, 가공물의 용접 표면에 레이저 구조광을 주사하는 슬릿 레이저광원, 및 상기 용접 표면에 주사된 레이저 구조광을 검출하여 용접 비드의 이미지를 획득하는 화상카메라로 이루어지는 레이저 비전 센서부와; 상기 화상카메라에서 획득된 용접 비드의 이미지를 전송받아 샘플링 및 3차원 디지털 이미지로 전환하여 컴퓨터의 메모리에 저장하는 이미지 그레버 보드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 고속 이미지 프로세싱 방법은, 레이저 비전 센서부로부터 이미지를 전송받아 그레빙, 필터링, 이진화, 세선화, 프로파일링으로 이루어지는 이미지 프로세싱을 수행하되, 상기 이미지의 그레빙 처리는, 이미 그레빙 처리된 이미지의 필터링, 이진화, 세선화, 프로파일링으로 이루어지는 후속 처리들과 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 용접부 외관 검사방법은, 이미지 프로세싱을 거쳐 생성된 용접 표면에 대한 프로파일 이미지에서 용접 비드의 특징점을 추출하는 단계와; 상기 특징점을 이용하여 용접 비드의 실제 형상을 검출하는 단계와; 용접 비드의 실제 형상을 기준영역과 비교하는 단계와; 상기 비교결과에 따라 용접비드의 결함을 검출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템, 이를 이용한 고속 이미지 프로세싱 방법 및 용접부 외관 검사방법에 의하면, 고속으로 비드의 형상과 결함 여부에 대한 정보를 정량적으로 제공할 수 있게 됨으로써 신뢰성 있는 비드 검사방법을 제공할 수 있게 되며, 비드의 결함이 있는 곳을 시각적으로 보여줌으로써 생산라인에서 바로 비드 결함에 대해 보완할 수 있는 용접 시행을 도모할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 초당 100 프레임 이상의 이미지 프로세싱이 가능하므로, 실제 생산라인에 효과적으로 적용할 수 있어 생산성 향상을 도모할 수 있게 되며, 실시간 온라인상으로 적용하여 용접결함을 실시간으로 판단하여 결함제품을 찾 고 그 결함에 대한 보강용접도 바로 실행할 수 있게 되는 이점이 있다.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고속 레이저 비전 센서 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템은 크게 레이저 비전 센서부(10)와, 레이저 비전 센서부로부터 전송되는 이미지를 처리하기 위한 이미지 그레버 보드(Image Grabber Board)(21) 및 상기 이미지 그레버 보드가 장착되며 이미지 프로세싱을 수행하는 컴퓨터(20)로 구성된다.

구체적으로 상기 레이저 비전 센서부(10)는, 가공물의 용접 표면에 레이저 광을 주사하는 슬릿 레이저광원(laser source) 및 상기 용접 표면에 주사된 레이저 광을 검출하여 용접 비드의 이미지를 획득하는 화상카메라를 구비하는 구성으로 이루어진다. 바람직하게는, 본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템에는 레이저 구조광(structured beam)과, 고정밀도의 3차원 레이저 비전 카메라가 사용된다. 도 2에 본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템에 있어서 레이저 비전 센서부의 구성 및 동작구조를 개략적으로 나타내었다.

또한, 상기 이미지 그레버 보드(21)는, 레이저 비전 센서부(10)의 화상카메라에서 획득된 용접 비드의 2차원 이미지를 전송받아 샘플링 및 3차원 디지털 이미지로 전환하여 컴퓨터의 메모리에 저장하도록 동작한다.

다음으로, 상술한 구성의 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용하여 고속으로 이미지를 프로세싱하는 방법을 도 3을 참조하여 기술한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 이미지 프로세싱 방법은, 레이저 비전 센서부(10)로부터 전송된 이미지를 그레빙(grabbing), 필터링(filtering), 이진화(thresholding), 세선화(thinning), 프로파일링(profiling)으로 이루어지는 일련의 단계를 거쳐 처리하되, 상술한 각 처리과정 중에서 가장 긴 시간이 소요되는 그레빙 처리는, 이미 그레빙 처리가 완료된 이미지의 필터링, 이진화, 세선화, 프로파일링으로 이루어지는 후속 처리들과 동시에 수행되도록 하는 구성으로 이루어진다.

일반적인 이미지 프로세싱은, 그레빙(grabbing), 필터링(filtering), 이진화(thresholding), 세선화(thinning), 프로파일링(profiling)으로 이루어지는데, 이 중에서 가장 많은 시간이 소모되는 과정은 획득된 이미지를 디지털화하여 주제어기의 메모리에 저장하는 그레빙(grabbing) 과정이다. 즉, 이미지 프로세싱에 소요되는 전체 시간의 50% 이상이 그레빙 과정에서 소모되고 있는 실정이다.

그런데 상기한 본 발명의 고속 이미지 프로세싱 방법에 의하면, 현재의 이미지를 그레빙 처리하는 동안에, 이미 그레빙 처리된 이미지의 필터링, 이진화, 세선화, 프로파일링 처리가 동시에 이루어지도록 하고 있기 때문에, 그레빙 이외의 이미지 프로세싱 절차가 실질적으로 그레빙 시간 내에 완료될 수 있는 효과를 나타내게 된다. 이를 위하여, 본 발명의 시스템에는 두 개의 이미지 프로세싱용 메모리가 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같은 이중 버퍼링 시스템을 채택할 경우, 일 반적인 시스템과 비교할 때 3배 이상의 속도인 초당 100프레임의 이미지 프로세싱을 수행할 수 있게 된다.

도 4(a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따라 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 이미지 프로세싱 방법에 의해 생성된 데이터를 나타낸다.

도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 레이저 비전 센서부로부터 전송된 이미지에는 노이즈가 많이 포함되어 있다. 따라서, 필터링 단계에서는, 노이즈를 제거하기 위하여 향상된 평균 필터 마스크를 사용하여 간단한 로우패스 필터를 구현하였다. 이로써, 비연속적인 노이즈를 제거함과 동시에 세로 방향의 노이즈를 약화시킬 수 있으며, 필터링과 이진화를 동시에 수행할 수 있게 된다. 이진화는 필터를 통과한 이미지를 각 픽셀의 값이 임계값보다 작으면 0(검은색)과 임계값보다 크면 1(흰색)의 두 값으로만 만들어주는 작업으로, 도 4(b)에는 필터링과 이진화 처리가 완료된 경우의 이미지를 나타내었다.

세선화 단계에서는, 기존의 세선화 과정을 간략화하여 긴 시간이 소요되는 erosion 등의 요소를 제거하였으며, 이진화 단계에서 선택된 영역의 두께를 가지고 선으로 판별하도록 구성하였다.

다음으로 프로파일링 단계에서는, 노이즈와 실제 라인을 결정하는 단계로 확정된 양 끝단의 점 사이에 가장 짧은 경로를 실제 라인으로 결정한다. 이때 노이즈 성분은 실제 라인과 먼 거리에서 발생되며, 가로(x)축은 등간격이라고 가정하였다. 도 4(c)에는 상술한 바와 같이 세선화 단계와 프로파일링 단계를 거쳐 완성된 특징선 추출 이미지를 나타내었다. 가운데 보이는 검은 선이 특징선이다.

특징선 추출에는 경계선 검출 알고리즘이 사용된다. 일반적으로 경계선 검출 알고리즘은 전체 이미지에 3X3 마스크를 이용하여 매트릭스 연산을 하기 때문에 연산속도가 상당히 늦다. 그러나 이진화 이미지는 간단한 이미지 형태로 되어 있으므로, 가로 방향으로 연속된 레이저 구조광의 검출부분에서 중앙 부분을 연결함으로써 특징선이 찾아질 수 있다. 이러한 방법은 레이저 구조광과 같이 하나의 라인 이미지를 가진 영상에서만 사용될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에 의한 고속 이미지 프로세싱 방법은 선택적으로 거리데이터(Range Data)를 계산하는 과정을 포함할 수 있다. 레이저 비전 시스템의 광학적인 구성요소로부터 영상에서의 위치를 알면 실제 높이를 역으로 계산할 수 있다. 도 3을 참조하면 실제의 거리 X, Y, Z, D는 다음의 수학식 1 내지 수학식 4과 같이 계산된다.

X=0

(u, v: 영상에서의 좌표, b: 레이저와 CCD 카메라의 간격, θs: 레이저와 CCD 카메라 간의 기울기)

여기서 구한 실제의 거리데이터를 통해 용접 비드의 3차원 형상의 단면을 알 수 있게 된다. 즉, 하나의 거리데이터가 여러 개 모임으로써 전체적인 3차원 형상을 나타낼 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 용접부 외관 검사방법을 설명한다.

본 발명의 용접부 외관 검사방법은, 이미지 프로세싱을 거쳐 생성된 용접 표면에 대한 프로파일 이미지에서 용접 비드의 특징점을 추출하는 단계와, 상기 특징점을 이용하여 용접 비드의 실제 형상을 검출하는 단계와, 용접 비드의 실제 형상을 기준영역과 비교하는 단계와, 상기 비교결과에 따라 용접비드의 결함을 검출하는 단계로 이루어진다.

도 5를 참조하여 본 발명의 용접부 외관 검사방법에 있어서 특징점 추출방법을 살펴본다. 도 5는 실제 용접 비드 부분을 확대해서 나타낸 것이다. 아래의 긴 선은 실제의 비드를 나타내며 위의 세 개의 직선(1, 2, 3)은 가상으로 연결된 선이다. 상기 세 개의 직선은 왼쪽 시작점은 같으나 오른쪽 끝점은 왼쪽에서 오른 쪽으로 각각 5, 7, 9 픽셀이 떨어진 지점을 연결함으로써 만들어진 것이다. 이 세 개의 직선(1, 2, 3)의 기울기가 일정 각도, 예컨대 17°이상이 되면 상기 시작점을 특징점으로 인식하는 알고리즘을 채택하였다.

이때 비드의 연결은 매우 부드럽게 연결되어 있으며, 이전 영상에서의 비드의 시작점과 현재의 시작점은 유사한 위치에 있으며 일정 위치를 벗어나 있지 않다고 가정하였다. 이는 용접 방향이 급격하게 변화하지 않고 비드가 연속적으로 생성되고 있다고 전제하였기 때문이다. 도 6에는 본 발명에의 적용 예를 적시하기 위하여, 쇼크업소버(shock absorber)의 용접부위를 각각 캡(cap)(100), 브라켓(bracket)(200) 및 시트(seat)(300)로 구분하여 나타낸 도면이다. 도 7(a) 및 (b)는 상술한 특징점 인식 알고리즘을 사용하여 도 6의 쇼크업소버의 각각 캡 부위와, 시트 및 브라켓 부위의 특징점을 검출한 결과를 나타내고 있다.

이와 같은 방식으로 특징점이 검출된 후에는, 용접 비드의 실제 형상을 알 수 있게 된다. 즉, 특징점의 시작점과 끝점의 사이가 용접 비드의 실제 형상이 된다. 구체적으로, 비드의 중심점을 검출하고, 중심 두께를 결정한 후, 비드 형상을 검출함으로써 가공물의 용접 비드의 실제 형상이 결정된다.

다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 용접 비드의 실제 형상을 기준영역과 비교하는 단계가 수행된다.

도 8은 실제 비드의 형상과 이상적인 비드의 형상이라고 가정된 반원 영역의 비교 도면이다. 본 발명의 용접부 외관 검사방법에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이 실제 비드의 형상과 기준영역(반원 영역)을 비교하여, 기준 영역에 비드의 실제 형 상이 속하게 되면 용접부 결함이 없고 잘 된 비드라고 판단한다. 그러나, 실제 비드의 형상이 기준영역의 위로 올라가는 경우에는 용접과다(excessive bead) 결함으로 표시하고, 기준영역의 아래로 실제 비드 형상이 존재하게 될 경우에는 핀홀(pin hole), 용입부족(under fill), 언더컷(under cut), 추적오차(seam tracking error) 결함으로 표시하게 된다. 또한, 핀홀(pin hole), 용입부족(under fill), 언더컷(under cut), 추적오차(seam tracking error) 결함은 비드의 중앙에서 발생하였는지 아니면 양쪽 가장자리에서 발생하였는지 판단하며, 그 들어간 깊이의 정도에 따라서 결함도를 판단한다.

또한, 결함이라고 판단된 에러 영역의 크기가 기준치에 어느 정도 벗어났는지를 판단하여, 기준치보다 작은 경우에는 결함이 아닌 단순한 노이즈로 판단한다. 예컨대, 상기 용접 비드의 결함을 검출하는 단계에서는, 용접 비드의 실제 형상과 기준 영역의 비교시, 에러 범위의 폭과 면적을 계산하여 상기 두 가지 요소가 모두 일정치를 초과할 경우에만 결함으로 판단하도록 동작할 수 있다. 도 9(a) 및 (b)에는 도 6에 도시된 쇼크업소버의 용접 결함을 판단하기 위한 데이터로서 캡 부분과 시트 부분의 비드폭 변화를 나타내었다. 또한, 도 10(a) 및 (b)에는 용접 결함을 판단하기 위한 요소로서 비드에서 기준선보다 낮은 영역의 면적을 나타내는 S_AREA의 변화를 나타내었다.

이렇게 하나의 프로파일 이미지에서 결함 여부를 판단한 후에는, 해당 프로파일 이미지의 전후 이미지에서의 결함 여부에 기초하여 최종적으로 해당 비드의 결함 여부를 판단한다. 즉, 실제의 결함 판단은 그 결함이 연속적으로 발생하였는지에 기초하여 판단하게 되는 것으로, 하나의 영상에서 결함이라고 판단되어도 그 영상의 전후 영상이 그 부분에서 정상이었을 경우에는, 그 해당 영상의 결함도의 크기가 크면 결함으로 판단하고 작으면 결함이 아닌 것으로 판단하는 것이다. 한편, 핀홀(pin hole)과 같은 결함이 순간적으로 검출되는 경우도 있을 것이므로, 이와 같이 결함도가 큰 경우에는 연속적이 아니더라도 결함으로 판단한다. 도 11에는 상술한 바와 같은 용접 비드의 결함을 검출하기 위한 파라미터의 종류를 나타내었다.

또한, 도 12에는 본 발명의 실시예에 따른 용접부 외관 검사방법에 따라 용접부 결함 판단 화면을 나타내었다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용하여 용접 결함을 판단하는 경우, 비전 시스템을 통해 용접 비드 형상 데이터를 얻음으로써 비드의 높이와 비드폭을 구하기 위한 특징점을 찾을 수 있으며(I), 이를 이용하여 용접과다(excessive bead, pin hole), 용입부족(under fill), 언더컷(under cut), 추적오차(seam tracking error) 등의 비드 결함의 종류와 전체 비드에서의 위치를 검출할 수 있다(III). 또한, 전체 비드의 형상을 3차원으로 재형성하여(II), 비드의 전체 분포와 높이 분포를 정량적으로 나타낼 수 있게 된다(I, IV).

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 고속 레이저 비전 센서 시스템, 이를 이용한 고속 이미지 프로세싱 방법 및 용접부 외관 검사방법에 의하면, 고속으로 비드 의 형상과 결함 여부에 대한 정보를 정량적으로 제공할 수 있게 됨으로써 신뢰성 있는 비드 검사방법을 제공할 수 있게 되며, 비드의 결함이 있는 곳을 시각적으로 보여줌으로써 비드 결함에 대해 보완할 수 있는 용접 시행을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 초당 100 프레임 이상의 이미지 프로세싱이 가능하므로, 실제 생산라인에 효과적으로 적용할 수 있어 생산성 향상을 도모할 수 있게 되며, 실시간 온라인상으로 적용하여 용접결함을 실시간으로 판단하여 결함제품을 찾고 그 결함에 대한 보강용접도 바로 실행할 수 있게 되는 이점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고속 레이저 비전 센서 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고속 레이저 비전 센서 시스템에서 레이저 비전 센서부의 동작구조를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 이미지 프로세싱 방법을 나타내는 도면,

도 4(a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따라 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 이미지 프로세싱 방법에 의해 생성된 데이터를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 용접부 외관 검사방법에 있어서 특징점 추출방법을 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 적용하기 위한 일례로서 쇼크업소버(shock absorber)의 용접부위를 나타낸 도면,

도 7(a)는 본 발명의 실시예에 따라 도 6의 쇼크업소버에서 캡 부분의 특징점들을, 7(b)는 시트 및 브라켓 부분의 특징점들을 나타낸 도면,

도 8은 용접 비드의 실제 형상과 기준영역의 비교 이미지를 나타내는 도면,

도 9(a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 용접 결함을 판단하기 위한 데이터로서 캡 부분과 시트 부분의 비드폭 변화를 나타내는 도면,

도 10(a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 용접 결함을 판단하기 위한 요소로서 비드 시프트를 나타내는 도면,

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 결함을 검출하기 위한 파라미터의 종류를 나타내는 도면,

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 용접부 외관 검사방법에 따라 용접부 결함판단 화면을 나타내는 도면.

Claims

가공물의 용접 표면에 레이저 광을 주사하는 슬릿 레이저광원, 및

상기 용접 표면에 주사된 레이저 광을 검출하여 용접 비드의 이미지를 획득하는 화상카메라를 구비하는 레이저 비전 센서부와;

상기 화상카메라에서 획득된 용접 비드의 이미지를 전송받아 샘플링 및 3차원 디지털 이미지로 전환하여 컴퓨터의 메모리에 저장하는 이미지 그레버 보드를 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 레이저 비전 센서 시스템.
제1항에 있어서,

상기 레이저 비전 센서부는, 레이저 구조광을 사용하는 것을 특징으로 하는 고속 레이저 비전 센서 시스템.
고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 고속 이미지 프로세싱 방법으로서,

레이저 비전 센서부로부터 이미지를 전송받아 컴퓨터와 이에 장착된 이미지 그레버 보드를 이용하여 그레빙(grabbing), 필터링(filtering), 이진화(thresholding), 세선화(thinning), 프로파일링(profiling)으로 이루어지는 이미지 프로세싱을 수행하되,

상기 이미지의 그레빙 처리는, 이미 그레빙 처리된 이미지의 필터링, 이진화, 세선화, 프로파일링으로 이루어지는 후속 처리들과 동시에 수행되는 것을 특징 으로 하는 고속 이미지 프로세싱 방법.
제3항에 있어서,

상기 컴퓨터에는 이미지 프로세싱을 위한 메모리가 두 개 구비되는 것을 특징으로 하는 고속 이미지 프로세싱 방법.
제3항에 있어서,

이미지 프로세싱 속도는 100 frames/sec 인 것을 특징으로 하는 고속 이미지 프로세싱 방법.
제3항에 있어서,

상기 필터링 단계(filtering)에서는 레이저 비전 센서부로부터 전송된 이미지의 노이즈를 제거하기 위하여 평균필터 마스크가 사용되는 것을 특징으로 하는 고속 이미지 프로세싱 방법.
제3항에 있어서,

상기 세선화 단계(thinning)는 이진화단계(thresholding)에서 선택된 영역의 두께를 가지고 선으로 판별하는 것을 특징으로 하는 고속 이미지 프로세싱 방법.
제3항에 있어서,

상기 프로파일링 단계(profiling)의 후속단계로서 거리데이터(range data)를 계산하는 단계가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 고속 이미지 프로세싱 방법.
고속 레이저 비전 센서 시스템을 이용한 용접부 외관 검사방법으로서,

이미지 프로세싱을 거쳐 생성된 용접 표면에 대한 프로파일 이미지에서 용접 비드의 특징점을 추출하는 단계와;

상기 특징점을 이용하여 용접 비드의 실제 형상을 검출하는 단계와;

용접 비드의 실제 형상을 기준영역과 비교하는 단계와;

상기 비교결과에 따라 용접비드의 결함을 검출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 용접부 외관 검사방법.
제9항에 있어서,

상기 특징점 추출 단계는, 상기 프로파일 이미지 상의 임의의 시작점에서 일정 픽셀만큼 떨어진 세 개의 지점을 찾은 후, 상기 임의의 시작점과 상기 세 개의 지점을 각각 연결하고, 상기 세 직선의 기울기가 모두 일정 각도 이상이 되면 상기 시작점을 특징점으로 정하는 것을 특징으로 하는 용접부 외관 검사방법.
제9항에 있어서,

상기 용접 비드의 결함을 검출하는 단계는,

상기 용접 비드의 실제 형상이 기준영역에 속하는 경우, 용접부의 결함이 없 는 것으로 판단하고,

상기 용접 비드의 실제 형상이 기준영역의 위에 위치하는 경우, 용접과다(excessive bead)로 판단하며,

상기 용접 비드의 실제 형상이 기준영역의 아래에 위치하는 경우, 핀홀(pin hole), 용입부족(under fill), 언더컷(under cut), 추적오차(seam tracking error)로 판단하는 것을 특징으로 하는 용접부 외관 검사방법.
제11항에 있어서,

상기 용접 비드의 결함을 검출하는 단계는,

해당 프로파일 이미지와 그 프로파일 이미지의 전후 이미지에서의 결함 여부에 기초하여 용접 비드의 결함 여부를 확정하는 것을 특징으로 하는 용접부 외관 검사방법.
제9항에 있어서,

상기 용접 비드의 결함을 검출하는 단계는,

용접 비드의 실제 형상과 기준 영역의 비교시, 에러 범위의 폭과 면적을 계산하여 상기 두 가지 요소가 일정치를 초과할 경우 결함으로 판단하는 것을 특징으로 하는 용접부 외관 검사방법.