KR20120035623A - Laser vision system capable of varying measurement domain and measurement precision - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A laser vision system able to change a measuring region and a measuring precision is provided to reduce costs for equipment and installation and easily manage a process because several laser vision system used for a measurement environment can be replaced with one laser vision system. CONSTITUTION: A laser vision system able to change a measuring region and a measuring precision comprises a laser generator(110), a camera(120), an image processor(130), a specific point position calculation module(140), a FOV/DOF calculation module(150), a camera position calculation module(160), a motor drive(170), a motor/encoder(180), and a camera position measuring module(190). The laser generator generates laser to irradiate to a measurement object. The camera converts the laser reflected from the measurement object into images. The image processor extracts a specific point from the images converted in the camera. The specific point position calculation module calculates a position of the specific point by using a position relation of the specific point, a laser plane, and a position of the camera. The FOV / DOF calculation module calculates the measurement regions of a width direction and length direction. The camera position measuring module calculates the position of the camera satisfying the calculated measurement regions of the width direction and length direction.

Description

측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템{LASER VISION SYSTEM CAPABLE OF VARYING MEASUREMENT DOMAIN AND MEASUREMENT PRECISION}LASER VISION SYSTEM CAPABLE OF VARYING MEASUREMENT DOMAIN AND MEASUREMENT PRECISION

본 발명은 레이저 평면과 카메라를 이용하여 측정 대상물의 표면이나 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템에 관한 것으로서, 특히 측정대상물의 크기에 따라 최적의 측정영역과 측정정밀도로 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a laser vision system for measuring the surface or geometrical shape of a measurement object using a laser plane and a camera, and in particular, a laser vision system that can be changed to an optimal measurement area and measurement accuracy according to the size of the measurement object. It is about.

레이저 비전 시스템은 측정 대상물의 표면이나 기하학적인 형상을 측정하는 센서 시스템으로서, 용접에서 많이 사용되는 로봇 용접용 레이저 비전 시스템의 경우 용접용 로봇의 토치 앞부분에 장착하여 용접 대상물의 형상을 측정하여 로봇이나 용접조건을 제어하는데 사용된다. 그런데, 일반적인 레이저 비전 시스템은 고정된 측정영역과 측정정밀도를 가지는 구조를 갖는다. The laser vision system is a sensor system that measures the surface or geometrical shape of the object to be measured. In the case of a laser vision system for robot welding, which is used in many welding applications, the laser vision system is mounted on the front side of the torch of the welding robot to measure the shape of the welding object. Used to control welding conditions. However, a general laser vision system has a structure having a fixed measurement area and measurement accuracy.

도1은 종래 고정된 측정영역과 측정정밀도를 갖는 레이저 비전 시스템의 구성도, 도2는 도1의 가로방향 측정영역과 세로방향 측정영역을 보여주는 개념도이다. 1 is a configuration diagram of a laser vision system having a fixed measurement area and a measurement accuracy in the related art, and FIG. 2 is a conceptual view illustrating a horizontal measurement area and a vertical measurement area of FIG. 1.

도면에 도시한 바와 같이, 종래의 레이저 비전 시스템은 레이저 발생장치(10), 카메라(20), 이미지 프로세서(30), 특이점 위치계산모듈(40) 및 카메라&레이저평면 위치관계 정보저장소(50)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 레이저 비전 시스템의 측정영역(a)은 카메라(20)의 시야공간(b)과 레이저 평면(c)이 만나는 면에 의해 정의된다. 여기에서, 카메라(20)의 시야공간(b)은 카메라(20)가 캡쳐할 수 있는 공간을 의미하고, 레이저 평면(c)은 레이저 발생장치(10)에 의해 생성된 레이저 평면을 의미한다. 이 면의 크기를 레이저 비전 시스템의 가로방향 측정영역(FOV:Field of View)과 세로방향 측정영역(DOF:Depth of Field)으로 나타낸다. 또한 레이저 비전 시스템의 측정정밀도는 가로방향 측정영역(FOV)과 세로방향 측정영역(D0F)을 카메라(20)의 해상도로 나눈 값에 비례한다. As shown in the drawings, a conventional laser vision system includes a laser generator 10, a camera 20, an image processor 30, a singular point position calculation module 40, and a camera & laser plane positional information storage 50. It is made, including. In addition, the measurement area (a) of the laser vision system is defined by the plane where the viewing space (b) of the camera 20 and the laser plane (c) meet. Here, the viewing space b of the camera 20 refers to a space that can be captured by the camera 20, and the laser plane c refers to a laser plane generated by the laser generator 10. The size of this plane is represented by the field of view (FOV) and the depth of field (DOF) of the laser vision system. In addition, the measurement accuracy of the laser vision system is proportional to the value obtained by dividing the horizontal measurement area FOV and the vertical measurement area D0F by the resolution of the camera 20.

종래 레이저 비전 시스템의 작동 원리를 살펴보면, 먼저 레이저 비전 시스템의 가로방향 측정영역(FOV)과 세로방향 측정영역(DOF)내에 측정 대상물이 놓이게 되면 레이저 발생장치(10)에서 측정 대상물에 레이저를 조사한다. Referring to the principle of operation of the conventional laser vision system, first, when the measurement object is placed in the horizontal measurement area (FOV) and longitudinal measurement area (DOF) of the laser vision system, the laser generating apparatus 10 irradiates a laser to the measurement object. .

이어서, 카메라(20)는 측정 대상물에서 반사되는 레이저를 이미지화하고, 이 이미지를 이미지 프로세서(30)에서 처리하여 특이점들을 추출한다. 그 후 특이점 위치계산모듈(40)에서 추출된 특이점들과, 이미 정의되어 카메라&레이저평면 위치관계 정보저장소(50)에 저장되어 있는 레이저 평면(c)과 카메라(20)의 위치관계를 이용하여 특이점들의 위치를 계산한다.The camera 20 then images the laser reflected from the measurement object and processes the image in the image processor 30 to extract outliers. Then, using the singularities extracted from the singular point position calculation module 40 and the positional relationship between the laser plane c and the camera 20 that are already defined and stored in the camera & laser plane positional information storage 50. Compute the locations of the singularities.

그런데, 상술한 레이저 비전 시스템은 고정된 측정영역과 측정정밀도를 가지므로, 측정 대상물이 크더라도 측정영역을 증가시킬 수가 없고, 또한 측정 대상물이 작더라도 측정정밀도를 증가시킬 수가 없다. 따라서 측정 대상물의 종류가 다양한 공정에서 전체 범위를 만족하기 위해서는 여러대의 레이저 비전 시스템을 사용하여야 한다. 결과적으로, 장비 구입 비용 및 설치 비용을 증가시키며 작업공정을 복잡하게 하는 문제점이 있다. However, the above-described laser vision system has a fixed measurement area and a measurement accuracy, so that even if the measurement object is large, the measurement area cannot be increased, and even if the measurement object is small, the measurement accuracy cannot be increased. Therefore, several laser vision systems should be used to satisfy the full range in the various process types. As a result, there is a problem that increases the cost of equipment purchase and installation and complicates the work process.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 측정 대상물이 큰 경우에는 측정영역을 증가시키고 측정 대상물이 작은 경우에는 측정정밀도를 증가시켜서 여러대의 레이저 비전 시스템을 사용하여야 가능한 측정영역과 측정정밀도를 한대의 레이저 비전 시스템만으로 처리가 가능하도록 된 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the above problems, the measurement area is increased when the measurement object is large, and the measurement accuracy is increased by increasing the measurement precision when the measurement object is small measurement area and measurement accuracy that can be used Its purpose is to provide a laser vision system that can change the measurement area and measurement accuracy that can be processed with only one laser vision system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템은, 레이저 평면과 카메라를 이용하여 측정 대상물의 표면이나 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템으로서, 측정 대상물에 조사하기 위한 레이저를 발생하는 레이저 발생장치와; 상기 레이저 발생장치에서 조사되어 측정 대상물로부터 반사되는 레이저를 이미지화하는 카메라와; 상기 카메라에서 이미지화된 이미지로부터 특이점을 추출하는 이미지 프로세서와; 상기 이미지 프로세서에서 추출되는 특이점과, 상기 레이저 발생장치에서 레이저가 조사되어 생성되는 레이저 평면과 측정되는 카메라의 위치관계를 이용하여 특이점의 위치를 계산하는 특이점 위치계산모듈과; 요구되는 측정영역을 구현하기 위한 레이저 비전 시스템의 가로방향 측정영역과 세로방향 측정영역을 계산하는 FOV/DOF 계산모듈과; 상기 FOV/DOF 계산모듈에서 계산된 가로방향 측정영역과 세로방향 측정영역을 만족하기 위한 카메라의 위치를 계산하는 카메라 위치계산모듈과; 상기 카메라 위치계산모듈에서 계산되는 카메라의 위치로 상기 카메라를 이동시키기 위한 모터 드라이브 및 모터/엔코더와; 상기 모터 드라이브를 기초하여 상기 카메라의 위치를 측정하기 위한 카메라 위치측정모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a laser vision system capable of changing a measurement area and measurement accuracy according to the present invention is a laser vision system for measuring a surface or a geometric shape of a measurement object using a laser plane and a camera. A laser generator for generating a laser for irradiating a measurement object; A camera for imaging the laser emitted from the laser generator and reflected from the measurement object; An image processor for extracting singular points from an image imaged by the camera; A singular point position calculation module configured to calculate a position of the singular point using a singular point extracted from the image processor, a laser plane generated by irradiating a laser from the laser generator, and a positional relationship between a camera measured; A FOV / DOF calculation module for calculating a horizontal measurement area and a vertical measurement area of the laser vision system for implementing the required measurement area; A camera position calculation module for calculating a position of a camera to satisfy a horizontal measurement area and a vertical measurement area calculated by the FOV / DOF calculation module; A motor drive and a motor / encoder for moving the camera to the camera position calculated by the camera position calculating module; And a camera position measuring module for measuring the position of the camera based on the motor drive.

본 발명에 따르면, 측정 대상물이 큰 경우에는 측정영역을 증가시키고 측정 대상물이 작은 경우에는 측정정밀도를 증가시켜 사용 효율을 극대화 시킬 수 있는 이점이 있다. 결과적으로, 여러대의 레이저 비전 시스템을 사용해야 하는 측정 환경을 한대의 레이저 비전 시스템으로 대체가 가능하게 되어 장비 구입 비용 및 설치 비용이 줄어들고 공정 관리가 간편해지는 이점이 있다. According to the present invention, when the measurement target is large, the measurement area is increased, and when the measurement target is small, there is an advantage of maximizing the use efficiency by increasing the measurement precision. As a result, a measurement environment that requires the use of multiple laser vision systems can be replaced by a single laser vision system, which reduces the cost of equipment purchase and installation, and simplifies process management.

도1은 종래 고정된 측정영역과 측정정밀도를 갖는 레이저 비전 시스템의 구성도.
도2는 도1의 가로방향 측정영역과 세로방향 측정영역을 보여주는 개념도.
도3은 본 발명에 따른 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템의 구성도. 1 is a block diagram of a laser vision system having a conventional fixed measurement area and measurement accuracy.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a horizontal measurement area and a vertical measurement area of FIG. 1; FIG.
3 is a block diagram of a laser vision system capable of changing the measurement area and measurement accuracy according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명에 따른 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템의 구성도이다. 3 is a block diagram of a laser vision system capable of changing a measurement area and measurement precision according to the present invention.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템은 레이저 평면과 카메라를 이용하여 측정 대상물의 표면이나 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템으로서, 레이저 발생장치(110), 카메라(120), 이미지 프로세서(130), 특이점 위치계산모듈(140), FOV/DOF 계산모듈(150), 카메라 위치계산모듈(160), 모터 드라이브(170), 모터/엔코더(180) 및 카메라 위치측정모듈(190)을 포함하여 이루어진다. As shown in the drawings, a laser vision system capable of varying the measurement area and measurement accuracy according to the present invention is a laser vision system for measuring the surface or geometric shape of a measurement object using a laser plane and a camera. Device 110, camera 120, image processor 130, singularity position calculation module 140, FOV / DOF calculation module 150, camera position calculation module 160, motor drive 170, motor / encoder And a camera position measuring module 190.

상기 레이저 발생장치(110)는 소정의 위치에 놓인 측정 대상물에 조사하기 위한 레이저를 발생한다. 상기 카메라(120)는 상기 레이저 발생장치(110)에서 조사되어 측정 대상물로부터 반사되는 레이저를 이미지화한다. The laser generator 110 generates a laser for irradiating a measurement object placed at a predetermined position. The camera 120 images the laser emitted from the laser generator 110 and reflected from the measurement object.

상기 이미지 프로세서(130)는 상기 카메라(120)에서 이미지화된 이미지로부터 특이점을 추출한다. 즉, 카메라(20)가 캡쳐한 이미지에서 특이점을 추출하는 것이다. 상기 특이점 위치계산모듈(140)은 상기 이미지 프로세서(130)에서 추출되는 특이점과, 상기 레이저 발생장치(110)에서 레이저가 조사되어 생성되는 레이저 평면(c)과 상기 카메라 위치측정모듈(190)에서 측정되는 카메라(120)의 위치관계를 이용하여 특이점의 위치를 계산한다. The image processor 130 extracts singular points from the image imaged by the camera 120. That is, the singular point is extracted from the image captured by the camera 20. The singular point position calculation module 140 includes a singular point extracted from the image processor 130, a laser plane generated by irradiating a laser from the laser generator 110, and a camera position measuring module 190. The position of the singular point is calculated using the positional relationship of the camera 120 to be measured.

상기 FOV/DOF 계산모듈(150)은 측정범위 즉, 요구되는 측정영역을 구현하기 위한 레이저 비전 시스템의 가로방향 측정영역(FOV)과 세로방향 측정영역(DOF)을 계산한다. The FOV / DOF calculation module 150 calculates a horizontal measurement area (FOV) and a vertical measurement area (DOF) of the laser vision system for implementing the measurement range, that is, the required measurement area.

상기 카메라 위치계산모듈(160)은 상기 FOV/DOF 계산모듈(150)에서 계산된 가로방향 측정영역(FOV)과 세로방향 측정영역(DOF)을 만족하기 위한 카메라(120)의 현재 위치를 계산한다. The camera position calculation module 160 calculates the current position of the camera 120 to satisfy the horizontal measurement area FOV and the vertical measurement area DOF calculated by the FOV / DOF calculation module 150. .

상기 모터 드라이브(170) 및 모터/엔코더(180)는 상기 카메라 위치계산모듈(160)에서 계산되는 카메라(120)의 위치로 상기 카메라(120)를 이동시킨다. The motor drive 170 and the motor / encoder 180 move the camera 120 to the position of the camera 120 calculated by the camera position calculation module 160.

상기 카메라 위치측정모듈(190)은 상기 모터 드라이브(170) 즉, 모터 드라이브(170)의 작동 상태를 기초로 하여 상기 카메라(120)의 위치를 측정한다. 즉, 변화하는 카메라(120)의 위치를 실시간으로 측정하는 것이다.
The camera position measuring module 190 measures the position of the camera 120 based on the operating state of the motor drive 170, that is, the motor drive 170. That is, the position of the changing camera 120 is measured in real time.

이제, 본 발명에 따른 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템의 작용을 설명하기로 한다. Now, the operation of the laser vision system that can change the measurement area and the measurement precision according to the present invention will be described.

먼저, 필요한 측정범위 즉, 측정영역을 입력하면 FOV/DOF 계산모듈(150)에서 적정 가로방향 측정영역/세로방향 측정영역(FOV/DOF)을 계산하게 되고 카메라 위치계산모듈(160)에서 적정 가로방향 측정영역/세로방향 측정영역(FOV/DOF)을 만족하기 위한 카메라 위치를 계산하게 된다. 이 위치로 모터 드라이브(170) 및 모터/엔코더(180)를 이용하여 카메라(120)를 이동시키면 적정 가로방향 측정영역/세로방향 측정영역(FOV/DOF)과 측정정밀도를 가지게 된다. 또한 카메라 위치측정모듈(190)은 모터 드라이브(170)의 작동 상태를 기초로 하여 카메라(120)의 실제 위치를 실시간으로 추출하고 특이점 위치계산모듈(140)에서는 변화된 카메라(120)의 위치와 레이저 평면(c)의 관계를 이용하여 특이점들의 위치를 계산하게 된다. First, when the necessary measurement range, that is, the measurement area is input, the FOV / DOF calculation module 150 calculates the appropriate horizontal measurement area / vertical measurement area (FOV / DOF), and the camera position calculation module 160 calculates the proper horizontal direction. The camera position is calculated to satisfy the direction measurement area / portrait direction measurement area (FOV / DOF). When the camera 120 is moved by using the motor drive 170 and the motor / encoder 180 to this position, the camera 120 has an appropriate horizontal measuring direction / vertical measuring area (FOV / DOF) and measurement accuracy. In addition, the camera position measurement module 190 extracts the actual position of the camera 120 in real time based on the operation state of the motor drive 170, and the singular point position calculation module 140 changes the position of the camera 120 and the laser. The position of the singular points is calculated using the relationship of the plane (c).

만약에, 위치1에서 위치2로 카메라(120)를 이동시키게 되면 카메라(120)의 시야공간(b)과 레이저 평면(c)이 교차하는 평면의 면적이 넓어지고 측정영역(FOV/DOF)이 커진다(위치1→위치2). 이 교차 면적이 레이저 비전 시스템의 측정영역을 의미한다). 이와 반대로 위치2에서 위치1로 카메라(120)를 이동시키게 되면 측정영역(FOV/DOF)이 감소(위치2→위치1)하는데, 측정정밀도는 측정영역을 카메라 해상도로 나눈 값에 비례하므로 결과적으로 레이저 비전 시스템의 측정정밀도가 증가하게 된다. If the camera 120 is moved from position 1 to position 2, the area of the plane where the field of view b of the camera 120 intersects with the laser plane c becomes wider and the measurement area FOV / DOF is increased. Increases (position 1 → position 2). This crossover area represents the measurement area of the laser vision system). On the contrary, when the camera 120 is moved from position 2 to position 1, the measurement area (FOV / DOF) decreases (position 2 → position 1), and the measurement accuracy is proportional to the value obtained by dividing the measurement area by the camera resolution. The measurement accuracy of the laser vision system is increased.

한편, 본 발명에 따른 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다. On the other hand, although the laser vision system that can change the measurement area and the measurement accuracy according to the present invention has been described according to a limited embodiment, the scope of the present invention is not limited to the specific embodiment, it is common knowledge in connection with the present invention Various alternatives, modifications, and changes may be made to the extent apparent to those having the right to do so.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

110 : 레이저 발생장치 120 : 카메라
130 : 이미지 프로세서 140 : 특이점 위치계산모듈
150 : FOV/DOF 계산모듈 160 : 카메라 위치계산모듈
170 : 모터 드라이브 180 : 모터/엔코더
190 : 카메라 위치측정모듈110: laser generator 120: camera
130: image processor 140: singularity position calculation module
150: FOV / DOF calculation module 160: camera position calculation module
170: motor drive 180: motor / encoder
190: camera position measurement module

Claims (1)

레이저 평면과 카메라를 이용하여 측정 대상물의 표면이나 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템으로서,
측정 대상물에 조사하기 위한 레이저를 발생하는 레이저 발생장치(110)와;
상기 레이저 발생장치(110)에서 조사되어 측정 대상물로부터 반사되는 레이저를 이미지화하는 카메라(120)와;
상기 카메라(120)에서 이미지화된 이미지로부터 특이점을 추출하는 이미지 프로세서(130)와;
상기 이미지 프로세서(130)에서 추출되는 특이점과, 상기 레이저 발생장치(110)에서 레이저가 조사되어 생성되는 레이저 평면과 측정되는 카메라(120)의 위치관계를 이용하여 특이점의 위치를 계산하는 특이점 위치계산모듈(140)과;
요구되는 측정영역을 구현하기 위한 레이저 비전 시스템의 가로방향 측정영역과 세로방향 측정영역을 계산하는 FOV/DOF 계산모듈(150)과;
상기 FOV/DOF 계산모듈(150)에서 계산된 가로방향 측정영역과 세로방향 측정영역을 만족하기 위한 카메라(120)의 위치를 계산하는 카메라 위치계산모듈(160)과;
상기 카메라 위치계산모듈(160)에서 계산되는 카메라(120)의 위치로 상기 카메라(120)를 이동시키기 위한 모터 드라이브(170) 및 모터/엔코더(180)와;
상기 모터 드라이브(170)를 기초하여 상기 카메라(120)의 위치를 측정하기 위한 카메라 위치측정모듈(190)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 측정영역과 측정정밀도를 변화시킬 수 있는 레이저 비전 시스템. A laser vision system that measures the surface or geometric shape of a measurement object by using a laser plane and a camera.
A laser generator 110 for generating a laser for irradiating a measurement object;
A camera (120) for imaging the laser emitted from the laser generator (110) and reflected from the measurement object;
An image processor (130) for extracting outliers from the image imaged by the camera (120);
Singular point position calculation that calculates the position of the singular point using the singularity extracted from the image processor 130 and the positional relationship between the laser plane generated by irradiating the laser from the laser generator 110 and the camera 120 measured. Module 140;
A FOV / DOF calculation module 150 for calculating a horizontal measurement area and a vertical measurement area of the laser vision system for implementing the required measurement area;
A camera position calculation module 160 for calculating the position of the camera 120 to satisfy the horizontal and vertical measurement areas calculated by the FOV / DOF calculation module 150;
A motor drive 170 and a motor / encoder 180 for moving the camera 120 to the position of the camera 120 calculated by the camera position calculating module 160;
And a camera position measuring module (190) for measuring the position of the camera (120) based on the motor drive (170).
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