KR20130061567A - 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법 - Google Patents

무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

무정지 검사를 위한 로봇 시스템은 일측 끝단에는 카메라부가 설치되어 있으며, 주어진 검사 시간 동안 정지 동작 없이 연속적으로 이동하는 로봇 팔, 로봇 팔에 위치 지령을 전달하여 이동을 제어하며, 로봇 팔이 지정된 기준 위치에 도달하면 트리거링을 위한 제어신호를 생성하는 로봇 제어부, 로봇 제어부에서 출력되는 제어신호에 응답하여 트리거 신호를 생성함으로써, 트리거 시점에 로봇 팔에 설치된 카메라부를 통해 검사 대상 물체에 대한 입력 영상을 획득하도록 제어하는 입출력 트리거 통신부, 및 로봇 팔의 카메라부로부터 트리거 시점의 입력 영상을 획득하고, 기준 물체에 대하여 기 저장된 기준 영상과, 트리거 시점에 획득한 입력 영상을 비교하여 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단하는 영상 분석부를 포함한다.
이에 따르면, 로봇 팔이 정지할 필요가 없어 작업 사이클 타임을 단축시킬 수 있으며, 그에 따라 전체적인 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 외부 조명이나 자연광으로 인한 물체 인식 오류를 줄이고, 품질 검사를 위한 영상의 획득 및 처리 프로세스를 병렬 처리함으로써 검사 사이클 타임을 단축시킬 수 있다.

Description

무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법{ROBOT SYSTEM FOR NON-STOP INSPECTION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 로봇 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작업 사이클 타임을 단축시키고, 그에 따라 전체적인 생산 효율을 향상시킬 수 있는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
다양한 산업 분야에 걸쳐 제품의 대량 생산을 위한 공장 자동화가 구현되면서, 제품 생산 과정에서의 불량률을 줄이기 위한 자동 품질 검사도 상용화되고 있는 추세이다.
일반적으로, 품질 검사 시스템은 이송 라인, 고정된 다수의 카메라, 자세 변경을 위한 수단으로 구성되어 있다.
한편, 로봇을 활용하는 검사 시스템은 로봇 팔(Robot Arm)을 구비하고, 여기에 고정된 카메라를 부착하여 생산 제품들의 영상을 촬영한 후, 이를 정상적인 기준 제품의 영상과 비교하여 생산 제품들의 품질을 자동으로 검사하는 방식으로 동작한다.
이러한 종래 로봇을 이용한 품질 검사 시스템은 생산 제품의 영상을 획득하기 위하여, 특정 위치에서 로봇 팔이 정지하는 것이 일반적이다.
그런데, 로봇 팔의 정지 동작은 전체 작업 사이클 타임의 증가를 가져와 작업 효율을 현저히 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0944094
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 로봇 팔의 정지 동작의 필요성을 없애 작업 사이클 타임을 단축시키고, 그에 따라 전체적인 생산 효율을 향상시킬 수 있는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템은, 일측 끝단에 카메라부가 설치되어 있으며, 주어진 검사 시간 동안 정지 동작 없이 연속적으로 이동하는 로봇 팔; 상기 로봇 팔에 위치 지령을 전달하여 상기 로봇 팔의 이동을 제어하며, 상기 로봇 팔이 지정된 기준 위치에 도달하면 트리거링을 위한 제어신호를 생성하는 로봇 제어부; 상기 로봇 제어부에서 출력되는 제어신호에 응답하여 트리거 신호를 생성함으로써, 트리거 시점에 상기 로봇 팔에 설치된 카메라부를 통해 검사 대상 물체에 대한 입력 영상을 획득하도록 제어하는 입출력 트리거 통신부; 및 상기 로봇 팔의 카메라부로부터 상기 트리거 시점의 입력 영상을 획득하고, 기준 물체에 대하여 기 저장된 기준 영상과, 상기 트리거 시점에 획득한 입력 영상을 비교하여 상기 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단하는 영상 분석부를 포함한다.
본 발명에 따른 로봇 시스템의 무정지 검사 방법은, 로봇 시스템이 일측 끝단에 카메라부가 설치되어 있는 로봇 팔에 위치 지령을 전달하여 상기 로봇 팔의 이동을 제어하는 단계; 상기 로봇 팔이 주어진 검사 시간 동안 정지 동작 없이 연속적으로 이동하는 중에 지정된 기준 위치에 도달하면, 상기 로봇 시스템이 트리거 신호를 생성하는 단계; 상기 로봇 팔이 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 카메라부로부터 검사 대상 물체에 대한 트리거 시점의 입력 영상을 출력함에 따라, 상기 로봇 시스템이 상기 트리거 시점의 입력 영상을 획득하는 단계; 및 상기 로봇 시스템이 기준 물체에 대하여 기 저장된 기준 영상과, 상기 트리거 시점에 획득한 입력 영상을 비교하여 상기 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법에 따르면, 로봇 팔이 정지할 필요가 없어 작업 사이클 타임을 단축시킬 수 있으며, 그에 따라 전체적인 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법에 따르면, 외부 조명이나 자연광으로 인한 물체 인식 오류를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법에 따르면, 품질 검사를 위한 영상의 획득 프로세스와 영상 처리 프로세스를 병렬 처리함으로써 검사 사이클 타임을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템의 흐름도이다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템은 로봇 팔(110), 로봇 제어부(120), 입출력 트리거 통신부(130) 및 영상 분석부(140)를 포함한다.
로봇 팔(110)은 주어진 검사 시간 동안 정지 동작 없이 이송 라인을 따라 연속적으로 이동한다. 로봇 팔(110)의 일측 끝단에는 검사 대상 물체를 촬영하기 위한 카메라부(111)가 설치된다.
로봇 제어부(120)는 로봇 팔(110)에 위치 지령을 전달하여 로봇 팔(110)의 이동을 제어하며, 로봇 팔(110)이 지정된 기준 위치에 도달하면 트리거링(Triggering)을 위한 제어신호를 생성하여 입출력 트리거 통신부(130)로 출력한다.
입출력 트리거 통신부(130)는 로봇 제어부(120)에서 출력되는 제어신호에 응답하여 로봇 팔(110)에 설치된 카메라부(111)의 기능을 온(On)-오프(Off) 시키기 위한 트리거 신호를 생성함으로써, 영상 분석부(140)가 트리거 시점에 로봇 팔에 설치된 카메라부(111)를 통해 검사 대상 물체에 대한 입력 영상을 획득할 수 있도록 카메라부(111)를 제어한다.
영상 분석부(140)는 영상 획득부(141)와 영상 처리부(142)를 포함한다.
영상 획득부(141)는 입출력 트리거 통신부(130)의 제어에 따라, 로봇 팔(110)의 카메라부(111)로부터 트리거 시점의 입력 영상을 획득하여 영상 처리부(142)로 제공한다. 영상 처리부(142)는 기준 물체에 대하여 기 저장된 기준 영상과, 트리거 시점에 획득한 입력 영상을 비교/분석하여 검사 대상 물체의 품질 이상(예컨대, 품질 검사의 합격/불합격 여부)을 판단하게 된다.
여기서, 영상 획득부(141)와 영상 처리부(142)는 병렬로 동작한다. 즉, 영상 분석부(140)는 트리거 시점의 입력 영상에 대한 영상 획득 프로세스와, 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단하는 영상 처리 프로세스를 병렬 처리하여 동시에 진행함으로써 검사 사이클을 단축시킨다.
예컨대, 영상 획득부(141)가 1주기 검사 사이클의 입력 영상을 획득하여 영상 처리부(142)로 제공하고 나면, 영상 처리부(142)가 해당 입력 영상에 대한 영상 분석 프로세스를 시작한다. 영상 처리부(142)가 영상 분석 프로세스를 진행하는 동안, 영상 획득부(141)는 2주기 검사 사이클의 입력 영상을 획득하기 위한 프로세스를 수행하게 된다.
영상 분석부(140)는 PC(Personal Computer) 형태로 구현할 수 있으며, 영상 분석부(140)의 기능을 수행하는 PC와 로봇 제어부(120)는 통신을 통해 동작 신호를 주고 받을 수 있다.
예컨대, 영상 분석부(140)는 로봇 팔(110)의 이동을 시작하는 검사 시작 신호와 로봇 팔(110)의 이동을 종료하는 검사 종료 신호를 로봇 제어부(120)에 전달하여 1주기의 검사 사이클에 해당하는 검사 시간을 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 로봇 팔(110)의 카메라부(111)는 이동 중에 특정 위치에서 촬영 동작을 수행하기 위하여 가변 셔터 스피드 기능, 가변 조리개 기능 등을 탑재할 수 있다.
또한, 로봇 팔(110)에는 조명부(112)가 추가로 설치될 수 있다.
조명부(112)는 LED(Light Emitting Diode) 링 조명과 같은 형태로 로봇 팔(110)의 카메라부(111)에 인접하게 설치되어, 카메라부(111)가 검사 대상 물체를 촬영할 때 외부 조명이나 자연광으로 인한 물체 인식 오류를 줄이는 역할을 한다.
이러한 조명부(112)는 입출력 트리거 통신부(130)의 트리거 신호에 의해 발광함으로써, 로봇 팔(110)이 기준 위치에 도달하는 트리거 시점에 외부 조명이나 자연광의 영향을 최대한 줄이고 어두운 환경에서 검사 대상 물체를 비춰주게 된다.
즉, 입출력 트리거 통신부(130)에서 트리거 신호가 출력되면, 그에 응답하여 로봇 팔(110)에 설치된 카메라부(111)가 트리거 시점에서 촬영 동작을 수행하게 되는데, 이때 조명부(112)가 턴-온(Turn-On)되어 검사 대상 물체가 있는 촬영 방향에 빛을 제공하는 것이다.
카메라부(111)는 입출력 트리거 통신부(130)로부터 트리거 신호를 수신할 때마다 검사 대상 물체에 대한 영상을 획득하여 영상 분석부(140)로 전달하게 된다.
전술한 로봇 팔(110)의 카메라부(111)는 촬영 거리가 서로 다른 다수 개의 고정 초점 렌즈를 구비하여 검사 대상 물체의 크기에 따라 촬영 거리를 달리 조절할 수 있다.
다른 실시예에서, 로봇 팔(110)의 카메라부(111)는 자동 다초점 렌즈를 구비한 하나의 카메라로 구성함으로써, 검사 대상 물체의 크기에 따라 촬영 거리를 달리 조절할 수 있다.
이러한 경우, 하나의 카메라를 이용함으로써 기구 사이즈를 축소하고, 가격을 절감할 수 있으며, 작은 검사 대상 물체는 근거리에서, 큰 검사 대상 물체는 원거리에서 촬영하여 검사 품질을 향상시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 로봇 팔(110)의 카메라부(111)는 스테레오 비전 또는 레이저 비전을 위한 다수의 카메라들을 구비하여 트리거 시점에 3차원 입력 영상을 제공할 수 있다. 이때, 영상 분석부(140)는 트리거 시점에 획득한 3차원 입력 영상을 분석하여 검사 대상 물체의 3차원적 자세를 판별하게 된다.
당해 실시예에 따르면, 검사 대상 물체의 3차원 자세를 인식함으로써 3차원 자세를 이용해 검사 대상 물체의 조립 오류를 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템의 흐름도이다.
먼저, 영상 분석부(140)가 검사 시작 신호를 출력함에 따라, 로봇 제어부(120)는 일측 끝단에 카메라부(111)가 설치되어 있는 로봇 팔(110)에 위치 지령을 전달하여 로봇 팔(110)이 이송 라인을 따라 연속하여 이동하도록 제어한다(S110).
로봇 팔(110)이 주어진 검사 시간(1주기의 검사 사이클) 동안 정지 동작 없이 연속적으로 이동하는 중에 지정된 기준 위치에 도달하면(S120), 입출력 트리거 통신부(130)가 로봇 제어부(120)의 제어에 따라 트리거 신호를 생성하여 로봇 팔(110)의 카메라부(111) 및 조명부(112)로 출력한다(S130).
이후, 입출력 트리거 통신부(130)에서 출력된 트리거 신호에 응답하여 로봇 팔(110)의 조명부(112)가 턴-온 되어 발광하고, 카메라부(111)는 검사 대상 물체를 촬영하여 트리거 시점의 입력 영상을 출력한다. 이에 따라, 영상 분석부(140)는 로봇 팔(110)의 카메라부(111)로부터 검사 대상 물체에 대한 트리거 시점의 입력 영상을 획득하게 된다(S140).
이후, 영상 분석부(140)는 기준 물체에 대하여 기 저장된 기준 영상과, 로봇 팔(110)의 카메라부(111)로부터 획득한 트리거 시점의 입력 영상을 비교/분석하여 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단한다(S150). 이때, 영상 분석부(140)는 영상 획득 프로세스와 영상 분석 프로세스를 병렬 처리함으로써, 검사 사이클을 단축할 수 있다.
영상 분석 프로세스가 종료되면, 영상 분석부(140)에서 검사 종료 신호를 출력하여 현재 주기의 검사 사이클을 종료하고, 다시 검사 시작 신호를 출력하여 다음 주기의 검사 사이클을 시작하게 된다.
본 발명에 따른 무정지 검사를 위한 로봇 시스템 및 그 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
110: 로봇 팔 111: 카메라부
112: 조명부 120: 로봇 제어부
130: 입출력 트리거 통신부 140: 영상 분석부
141: 영상 획득부 142: 영상 처리부

Claims (7)

  1. 일측 끝단에 카메라부가 설치되어 있으며, 주어진 검사 시간 동안 정지 동작 없이 연속적으로 이동하는 로봇 팔;
    상기 로봇 팔에 위치 지령을 전달하여 상기 로봇 팔의 이동을 제어하며, 상기 로봇 팔이 지정된 기준 위치에 도달하면 트리거링을 위한 제어신호를 생성하는 로봇 제어부;
    상기 로봇 제어부에서 출력되는 제어신호에 응답하여 트리거 신호를 생성함으로써, 트리거 시점에 상기 로봇 팔에 설치된 카메라부를 통해 검사 대상 물체에 대한 입력 영상을 획득하도록 제어하는 입출력 트리거 통신부; 및
    상기 로봇 팔의 카메라부로부터 상기 트리거 시점의 입력 영상을 획득하고, 기준 물체에 대하여 기 저장된 기준 영상과, 상기 트리거 시점에 획득한 입력 영상을 비교하여 상기 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단하는 영상 분석부를 포함하는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 팔의 카메라부에 인접하게 설치되며, 상기 입출력 트리거 통신부에서 출력되는 트리거 신호에 응답하여 트리거 시점에서 턴-온(Turn-On) 되는 조명부를 더 포함하는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 팔의 카메라부는 하나의 자동 다초점 렌즈를 구비하여 상기 검사 대상 물체의 크기에 따라 촬영 거리를 달리 조절하는 것을 특징으로 하는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 팔의 카메라부는 촬영 거리가 서로 다른 다수의 고정 초점 렌즈를 구비하여 상기 검사 대상 물체의 크기에 따라 촬영 거리를 달리 조절하는 것을 특징으로 하는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 팔의 카메라부는 스테레오 비전 또는 레이저 비전을 위한 다수의 카메라들을 구비하여 상기 트리거 시점에 3차원 입력 영상을 제공하고,
    상기 영상 분석부는 상기 트리거 시점에 획득한 3차원 입력 영상을 분석하여 상기 검사 대상 물체의 3차원적 자세를 판별하는 것을 특징으로 하는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 영상 분석부는, 상기 트리거 시점의 입력 영상에 대한 영상 획득 프로세스와, 상기 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단하는 영상 처리 프로세스를 병렬로 처리하는 것을 특징으로 하는 무정지 검사를 위한 로봇 시스템.
  7. 로봇 시스템이 일측 끝단에 카메라부가 설치되어 있는 로봇 팔에 위치 지령을 전달하여 상기 로봇 팔의 이동을 제어하는 단계;
    상기 로봇 팔이 주어진 검사 시간 동안 정지 동작 없이 연속적으로 이동하는 중에 지정된 기준 위치에 도달하면, 상기 로봇 시스템이 트리거 신호를 생성하는 단계;
    상기 로봇 팔이 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 카메라부로부터 검사 대상 물체에 대한 트리거 시점의 입력 영상을 출력함에 따라, 상기 로봇 시스템이 상기 트리거 시점의 입력 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 로봇 시스템이 기준 물체에 대하여 기 저장된 기준 영상과, 상기 트리거 시점에 획득한 입력 영상을 비교하여 상기 검사 대상 물체의 품질 이상을 판단하는 단계를 포함하는 로봇 시스템의 무정지 검사 방법.
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