KR20130086773A - 비전 기반 공작물 셋업 방법 - Google Patents

비전 기반 공작물 셋업 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 비전 기반 공작물 셋업 방법은 카메라에 의해 형성된 비전 화면 내의 공작물 이미지로부터 공작물의 원점을 계산하는 단계와, 공구가 상기 비전 화면에 포착되면 이미지를 캡쳐 하는 단계와, 상기 캡쳐 된 이미지로부터 공구의 옵셋 값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비전 기반 공작물 셋업 방법{Method for setting up work using vision camera}
본 발명은 비전 기반 공작물 셋업 방법에 관한 것으로, 상세하게는 카메라로 공작물 및 공구를 촬영하고 공작물 및 공구 이미지를 영상 처리하여 공작물의 원점과 공구의 옵셋 값을 계산함으로써 자동으로 공작물의 셋업을 수행할 수 있는 비전 기반 공작물 셋업 방법에 관한 것이다.
CNC(Computerized Numerical Control) 공작기계란 NC 프로그램으로 만든 전산기계용 데이터에 따라 공작행위를 하는 기계를 말한다. NC 프로그램은　2D나 3D CAD로 제작한 도면을 가지고 G코드라는 공작기계의　가공경로 데이터를　만들 수 있는 소프트웨어이다.
NC 프로그램에 의해 제작된 데이터를 저장한 컴퓨터와　CNC 공작기계를 연결하고 NC　데이터를 CNC 공작기계에 보내어　NC 데이터에 따라 CNC 공작기계가　작동된다.
CNC 공작기계를 동작시키기 전에 먼저 공작물 셋업 작업이 수행되는데 공작물 셋업 작업이란 공작물의 원점과 공구의 옵셋 값을 결정하는 것이다.
종래 공작물 셋업 작업에서는 작업자가 수동으로 공작물과 공구를 직접 이동시키고 셋업 옵션 기구(Q-setter)와 프로브(probe)를 이용하여 공작물을 셋업 하였다. 또한 공작물 셋업 값은 작업자가 CNC 공작기계에 수동으로 입력하도록 되어 있다.
공작기계의 특성 상 공작물 및 공구의 변경으로 인해 수시로 공작물 셋업을 수행해야 하는데, 공작물 셋업 작업이 수동으로 수행되는 관계로, 잦은 공작물 변경에 따른 시간 소요가 발생하게 된다. 공작물 셋업에 따른 시간 소요는 전체 공정의 50%를 차지하고 있는 실정이다. 더욱이 숙련되지 못한 작업자가 공작물을 셋업 하게 되면 더 많은 시간을 소요하게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 셋업 시간을 단축시킬 수 있는 비전 기반 공작물 셋업 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 숙련되지 못한 작업자도 쉽게 공작물 셋업 작업을 할 수 있도록 하여 작업 효율을 높일 수 있는 비전 기반 공작물 셋업 방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업 방법은 카메라에 의해 형성된 비전 화면 내의 공작물 이미지로부터 공작물의 원점을 계산하는 단계와, 공구가 상기 비전 화면에 포착되면 이미지를 캡쳐 하는 단계와, 상기 캡쳐 된 이미지로부터 공구의 옵셋 값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공작물의 원점을 계산하는 단계는 상기 공작물의 꼭지점을 검출하여 꼭지점의 픽셀 좌표를 구하는 단계와, 상기 공작물에 부착된 스케일러를 이용하여 픽셀 당 거리를 계산하는 단계와, 상기 공작물의 꼭지점 위치를 기준으로 작업 원점을 찾는 단계와, 상기 공작물의 꼭지점에서 작업 원점까지의 거리를 상기 픽셀 당 거리를 이용하여 제1 픽셀 변위 좌표로 계산하는 단계와, 상기 꼭지점의 픽셀 좌표에 상기 제1 픽셀 변위 좌표를 더하여 상기 작업 원점의 픽셀 좌표를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공구의 옵셋 값을 계산하는 단계는 상기 공구의 끝점 위치를 검출하는 단계와, 상기 공작물의 원점과 상기 끝점 위치 간의 거리를 상기 픽셀 당 거리를 이용하여 제2 픽셀 변위 좌표로 계산하는 단계와, 상기 원점의 픽셀 좌표에 상기 제2 픽셀 변위 좌표를 더하여 상기 공구 끝점 위치의 픽셀 좌표를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이, 본 발명은 카메라에 의해 촬영된 공작물 및 공구 이미지로부터 공작물의 원점과 공구의 옵셋 값을 계산함으로써 자동으로 공작물 셋업을 할 수 있어서 셋업 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 작업자의 개입 없이 자동으로 공작물 셋업이 수행되므로 공작물 셋업에 숙련되지 못한 작업자라도 작업 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업 과정을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업에서 공작물의 원점을 구할 때의 화면을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업에서 공구의 옵셋을 구할 때의 화면을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 하기에서 설명되는 구체적인 특정 사항은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업 장치의 개략적인 구성도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 비전 기반 공작물 셋업 장치는 카메라(10), 이미지 프로세서(20), 제어부(30), CNC 자동 제어부(40) 등을 포함한다.
카메라(10)는 공작기계에 놓여진 공작물과 공작물을 가공하는 공구를 촬영하여 공작물 및 공구의 이미지를 생성한다. 카메라(10)에 의해 공작물과 공구가 보이는 비전 화면이 형성된다.
이미지 프로세서(20)는 비전 화면에 보이는 전체 영상에 대한 이미지 프로세싱(image processing)를 수행하여 공작물과 공구를 인식한다.
제어부(30)는 이미지 프로세서(20)로부터 영상 처리된 이미지를 입력 받는다. 제어부(30)는 공작물 이미지로부터 공작물의 원점을 계산하고, 공구 이미지로부터 공구의 옵셋 값을 계산한다. 제어부(30)에 의한 공작물 셋업 과정에 대해서는 도 2의 순서도를 통해 상세하게 설명하기로 한다.
CNC 자동 제어부(40)는 공작기계의 동작을 자동 제어하는 부분이다. CNC 자동 제어부(40)는 제어부(30)로부터 공작물의 원점 및 공구의 옵셋 값을 받아 공작물 셋업을 완료한 후, 작업자가 입력한 G코드 데이터에 따라 공구를 제어하여 공작물에 대한 가공을 수행한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 카메라에 의해 형성되는 비전 화면에 공작물이 보이도록 카메라의 위치 및 각도를 세팅 한다(S10).
제어부(30)는 비전 화면에 보이는 공작물 이미지로부터 공작물의 원점을 계산한다(S20). 공작물의 원점을 계산하는 과정에 대해서 상술한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업에서 공작물의 원점을 구할 때의 화면을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 카메라(10)에 의해 형성된 비전 화면(200)에 공작물(100)의 일부가 보이고 있음을 확인할 수 있다. 비전 화면(200)의 해상도는 640 x 480 픽셀이고, 공작물(100)의 크기는 12mm x 10mm이다.
제어부(30)는 공작물의 꼭지점(102)을 검출하여 꼭지점의 픽셀 좌표를 계산한다. 꼭지점의 픽셀 좌표는 (250, 325)이다.
다음, 제어부(30)는 공작물(100)에 부착된 눈금인 스케일러를 이용하여 픽셀 당 거리를 계산한다. 픽셀 당 거리는 예를 들어 0.05mm이다. 즉, 0.05mm/pixel이다.
제어부(30)는 공작물의 꼭지점 위치를 기준으로 작업 원점을 찾는다. 여기서 공작물(100)의 중앙 부분이 작업 원점(104)이 될 수 있다. 작업 원점(104)이 결정되면 공작물(100)에 원점 라인(Guide Cross Line)(106)을 표시한다.
꼭지점(102)과 작업 원점(104) 간의 거리는 5mm가 되고, 꼭지점에서의 픽셀 좌표를 (0, 0)으로 가정했을 때, 원점에서의 픽셀 좌표는 (0, 5mm/00.5mm) = (0, 100)이 된다. 꼭지점을 기준으로 원점의 픽셀 좌표는 제1 픽셀 변위 좌표가 된다.
꼭지점의 픽셀 좌표(250, 325)에 제1 픽셀 변위 좌표(0, 100)를 더하면 공작물의 원점의 픽셀 좌표는 (250, 425)가 된다. 이와 같이, 공작물의 원점 픽셀 좌표를 구함으로써 공작물의 원점을 계산하게 된다.
공작물의 원점을 계산한 후, 작업자는 공구 타입을 설정하고 공구(300)를 원점 위치로 보낸다. 공구(300)는 원점 위치로부터 이동을 시작한다(S30). 처음 공구(300)는 원점에서 중간 점까지 급속 이송되고 중간 점부터는 저속으로 이송된다.
공구의 이송과 함께 이미지 프로세서(20)는 카메라(10)에 의해 형성된 비전 화면(200)에 보이는 이미지를 계속적으로 프로세싱 하여(S40) 제어부(30)에 전달한다. 제어부(30)는 공구(300)가 비전 화면(200)에 들어 왔는지를 확인한다(S50).
공구(300)가 비전 화면(200)에 들어오지 않은 경우에는 계속하여 공구가 이송되고, 공구(300)가 비전 화면(200)에 포착된 경우에는 공구의 이송은 정지되고 비전 화면의 이미지가 캡쳐 된다(S60).
제어부(30)는 캡쳐 된 이미지로부터 공구의 옵셋 값을 계산한다(S70). 공구의 옵셋 값을 계산하는 과정을 상술한다.
도 4는 본 발명에 실시 예에 따른 비전 기반 공작물 셋업에서 공구의 옵셋을 구할 때의 화면을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제어부(30)는 캡쳐 된 비전 화면의 이미지에서 공구(300)를 인식하고 공구의 끝점 위치를 검출한다.
공구의 끝점 위치는 카메라(10)의 각도 및 공구의 미세 진동에 의하여 오차가 발생할 수 있다. 카메라의 화소 각이 크게 되면 공구의 끝점 위치가 다를 수 있으므로 3개의 포인트 영역에서 측정한 공구 끝점 값에 대한 평균을 산출하여 공구의 끝점을 검출할 수 있다.
또한, 공구의 미세 진동에 의해 약 1 픽셀 정도의 오차가 발생할 수 있으므로 공구의 이미지를 10회 측정하여 평균 산출된 값을 공구의 끝점으로 검출할 수 있다.
이와 같이 공구의 끝점 위치가 검출되면, 공작물의 원점(104)과 공구의 끝점 위치 간의 거리를 구한다. 다음, 상기 픽셀 당 거리를 이용하여 공작물 원점과 공구 끝점 간의 거리를 제2 픽셀 변위 좌표로 계산한다. 즉, 공작물 원점의 픽셀 좌표를 (0, 0)으로 가정했을 때, 공구 끝점의 픽셀 좌표를 계산한다.
제어부(30)는 공작물 원점의 픽셀 좌표에 상기 계산한 제2 픽셀 변위 좌표를 더하여 공구의 끝점 위치에 해당하는 픽셀 좌표를 구함으로써 공구의 옵셋 값을 계산하게 된다.
공구의 옵셋 값이 계산되면, 제어부(30)는 공구의 옵셋 값을 CNC 자동 제어부(40)에 전달한다(S80). CNC 자동 제어부(40)는 공구의 옵셋 값을 입력 받아 공작물의 셋업을 완료한 후 G코드 데이터에 따라 공작물에 대한 가공을 시작한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 정의될 뿐이다.
10: 카메라 20: 이미지 프로세서
30: 제어부 40: CNC 자동제어부
100: 공작물 200: 비전 화면
300: 공구

Claims (3)

  1. 카메라에 의해 형성된 비전 화면 내의 공작물 이미지로부터 공작물의 원점을 계산하는 단계와,
    공구가 상기 비전 화면에 포착되면 이미지를 캡쳐 하는 단계와,
    상기 캡쳐 된 이미지로부터 공구의 옵셋 값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 공작물 셋업 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공작물의 원점을 계산하는 단계는
    상기 공작물의 꼭지점을 검출하여 꼭지점의 픽셀 좌표를 구하는 단계와,
    상기 공작물에 부착된 스케일러를 이용하여 픽셀 당 거리를 계산하는 단계와,
    상기 공작물의 꼭지점 위치를 기준으로 작업 원점을 찾는 단계와,
    상기 공작물의 꼭지점에서 작업 원점까지의 거리를 상기 픽셀 당 거리를 이용하여 제1 픽셀 변위 좌표로 계산하는 단계와,
    상기 꼭지점의 픽셀 좌표에 상기 제1 픽셀 변위 좌표를 더하여 상기 작업 원점의 픽셀 좌표를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 공작물 셋업 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공구의 옵셋 값을 계산하는 단계는
    상기 공구의 끝점 위치를 검출하는 단계와,
    상기 공작물의 원점과 상기 끝점 위치 간의 거리를 상기 픽셀 당 거리를 이용하여 제2 픽셀 변위 좌표로 계산하는 단계와,
    상기 원점의 픽셀 좌표에 상기 제2 픽셀 변위 좌표를 더하여 상기 공구 끝점 위치의 픽셀 좌표를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 공작물 셋업 방법.
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