KR20170080910A - 3d 형상 검사 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 비전 검사 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 검사대상 기계부품을 테이블에 안착시키고, 카메라 촬영을 통해 검사대상 기계부품의 3D영상 이미지를 추출하는 영상추출모듈과, 상기 영상추출모듈에 의해 추출되는 검사대상 기계부품의 3D영상 정보와 검사표준 제품의 3D형상 정보가 각각 저장되는 영상데이터분류모듈과, 상기 영상데이터분류모듈에 저정되는 검사표준 제품의 3D형상 정보와 검사대상 기계부품의 3D영상 정보를 비교하여 제품불량여부를 판단하는 비전검사모듈을 포함하는 검사부와, 상기 검사대상 기계부품을 테이블에 안착시키고 상기 검사대상 기계부품을 촬영하기 전에 상기 검사대상 기계부품이 안착되는 테이블의 수평도 및 각도를 기설정된 값으로 보정하거나 상기 검사대상 기계부품을 카메라로 촬영한 영상을 기설정된 파라미터를 적용시켜 영상의 수평도 및 각도를 보정하는 검사환경 보정부와, 상기 검사부에서 불량으로 판단된 검사정보를 일정 카테고리별로 저장 및 분류시키고, 일정 불량정보에 기초한 불량발생인자를 추출하여 제품 생산시스템 라인으로 관련 정보를 전송하는 불량데이터관리부를 포함하여 제공된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 3D 비전검사가 이루어지기 전에 검사대상 기계부품이 안착되는 테이블과 촬영되는 영상의 수평도 및 각도를 미리 보정하여 비전검사 정밀도가 보다 높으며, 제품 검사속도가 월등히 향상되는 효과가 있다.
또한, 비전검사에 따라 불량으로 판단되는 검사정보를 별도로 분류하고, 이에 따른 불량발생요인을 추출하여 제품 생산시스템 라인으로 피드백 정보를 제공함에 의해 제품생산 단계에서 부품생산 불량율을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

3D 형상 검사 시스템 {3D SHAPE INSPECTION SYSTEM}
본 발명은 3D 비전 검사 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3D비전검사가 이루어지기 전에 검사대상 기계부품이 안착되는 테이블과 촬영되는 영상의 수평도 및 각도를 미리 보정하여 보다 정밀도가 높고, 비전검사속도가 향상되도록 하며, 비전검사에 따른 불량으로 판단되는 검사정보를 별도로 분류하고, 이러한 불량발생정보에 기초한 불량발생요인을 추출하여 제품 생산시스템 라인으로 피드백 정보를 제공할 수 있는 3D 비전 검사 시스템에 관한 것이다.
제품으로 생산되는 절삭공구 및 관련 부품의 불량을 판단하기 위해서 비전검사가 주로 이용되며, 이러한 비전검사는 검사대상 기계부품을 촬영하여 촬영된 이미지 정보와 표준 이미지 정보를 비교하여 제품의 불량을 판단하게 된다.
기계부품의 비전검사는 주로 스테레오 비전검사가 이용되고 있으며, 이러한 스테레오 비전검사는 동일한 수평면에서 일정한 거리를 사이에 두고 좌우에 각각 설치된 카메라로부터 획득한 두 영상에 존재하는 동일한 실세계 특징들의 수평 위치 차이를 이용하여 2D영상에서 사라진 거리 정보를 복원하여 대상물과 비교하도록 한다.
최근에는 스테레오 비전검사에서 정밀도가 더욱 높은 3D 비전 검사 시스템에 의해 부품 생산라인에 대한 전수검사를 실시하고 있다. 아울러 3D 비전 검사 시스템의 경우 2D 검사 시스템이 가지고 있는 데이터에 Z축 높이 데이터를 추가하여 입체적인 외관 검사, 부피 검사 등을 하게 되는데, 이러한 제품 3D 형상을 추출하여 정밀부품의 치수정밀도를 측정하기에는 영상비교 과정에서 검사속도가 매우 느리며, 정밀도가 크게 높지 않은 문제점을 가진다.
아울러, 이러한 비전검사 시스템은 3D형상 정보에 따른 제품 불량만 판단할 뿐, 비전검사에 따라 생성되는 불량정보를 활용하여 제품 생산단계에 불량을 줄일 수 있는 방법은 제공하지 못해 효율성이 떨어지는 실정이다.
따라서, 이러한 종래 3D 비전 검사 시스템의 불합리한 점을 극복하고 비전검사의 정밀도를 높이고, 비전검사속도를 향상시킬 수 있으며 비전검사에 따른 불량발생정보에 기초하여 불량발생요인을 추출하고, 제품 생산시스템 라인으로 피드백 정보를 제공할 수 있는 3D 비전 검사 시스템에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
한국등록특허 제 102672호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비전검사를 수행하기 전에 비전검사환경을 보정하여 비전검사의 정밀도를 높이며, 제품 검사속도를 향상시키도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비전검사를 수행하여 불량으로 판단되는 검사정보를 별도로 분류하여, 불량발생요인을 추출하고 이러한 정보를 제품 생산시스템 라인으로 피드백하여 제품 생산단계에서 사후조치를 취할 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 검사대상 기계부품을 테이블에 안착시키고, 카메라 촬영을 통해 검사대상 기계부품의 3D영상 이미지를 추출하는 영상추출모듈과, 상기 영상추출모듈에 의해 추출되는 검사대상 기계부품의 3D영상 정보와 검사표준 제품의 3D형상 정보가 각각 저장되는 영상데이터분류모듈과, 상기 영상데이터분류모듈에 저정되는 검사표준 제품의 3D형상 정보와 검사대상 기계부품의 3D영상 정보를 비교하여 제품불량여부를 판단하는 비전검사모듈을 포함하는 검사부와, 상기 검사대상 기계부품을 테이블에 안착시키고 상기 검사대상 기계부품을 촬영하기 전에 상기 검사대상 기계부품이 안착되는 테이블의 수평도 및 각도를 기설정된 값으로 보정하거나 상기 검사대상 기계부품을 카메라로 촬영한 영상을 기설정된 파라미터를 적용시켜 영상의 수평도 및 각도를 보정하는 검사환경 보정부와, 상기 검사부에서 불량으로 판단된 검사정보를 일정 카테고리별로 저장 및 분류시키고, 일정 불량정보에 기초한 불량발생인자를 추출하여 제품 생산시스템 라인으로 관련 정보를 전송하는 불량데이터관리부를 포함하여 제공된다.
여기서 상기 불량데이터관리부는 상기 검사부에서 불량으로 판단된 검사정보를 일정 카테고리별로 저장 및 분류시키는 불량데이터분류모듈과, 상기 불량데이터분류모듈에 저장되는 일정 불량정보에 기초한 불량발생인자를 추출하는 불량발생인자추출모듈과, 상기 불량발생인자추출모듈에서 추출되는 불량발생인자 정보를 제품 생산시스템 라인으로 기설정된 제어값에 의해 관련 정보를 선택적으로 전송하는 피드백데이터제공모듈을 포함하여 제공된다.
아울러, 상기 불량데이터분류모듈은 각 기계부품에서의 치수비교 영역을 구분하고, 각 치수비교 영역에서의 치수오차가 발생되는 불량데이터를 누적하여 수집한다.
더욱이, 상기 불량발생인자추출모듈은 상기 각 치수비교 영역에 누적저장된 각각의 치수오차값 정보가 기설정 편차값 이내로 판단되면 금형설계불량으로 인식하고, 각각의 치수오차값 정보가 기설정 편차값 이상으로 판단되면 제품성형공정불량으로 인식하여 관련 불량발생인자 정보를 상기 피드백데이터제공모듈로 전송한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 3D 비전검사가 이루어지기 전에 검사대상 기계부품이 안착되는 테이블과 촬영되는 영상의 수평도 및 각도를 미리 보정하여 비전검사 정밀도가 보다 높으며, 제품 검사속도가 월등히 향상되는 효과가 있다.
또한, 비전검사에 따라 불량으로 판단되는 검사정보를 별도로 분류하고, 이에 따른 불량발생요인을 추출하여 제품 생산시스템 라인으로 피드백 정보를 제공함에 의해 제품생산 단계에서 부품생산 불량율을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 비전 검사 시스템에 의한 비전검사 단계를 도식화한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 3D 비전 검사 시스템의 주요 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 치수비교 영역에 따른 불량데이터 분류 테이블을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 따른 3D 비전 검사순서를 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 비전 검사 시스템에 의한 비전검사 단계를 도식화한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 3D 비전 검사 시스템의 주요 구성을 나타낸 블럭도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 비전 검사 시스템은 제품 생산시스템 라인(40)에서 생상된 검사대상 기계부품이 컨베이어를 통해 이송되며, 3D 비전 검사 시스템의 테이블에 검사대상 기계부품을 안착시켜 비전검사를 수행하도록 한다.
이러한 본 발명에 따른 3D 비전 검사 시스템은 기계부품의 외부 3D 영상을 추출한 다음, 검사표준 제품과 비교하여 제품불량을 판단하는 검사부(10)와, 검사부(10)에서 비전검사를 수행하기 이전에 검사환경을 정밀하게 보정하는 검사환경 보정부(20)와, 검사부(10)에서 불량으로 판단된 검사정보를 기초로 하여 불량발생요인을 파악하여 제품 생산시스템 라인(40)으로 관련 정보를 전송하는 불량데이터 관리부(30)를 포함하여 제공된다.
검사부(10)는 영상추출모듈(11), 영상데이터분류모듈(12), 비전검사모듈(13)을 포함하여 구성된다.
영상추출모듈(11)은 테이블에 안착된 검사대상 기계부품의 3D영상 이미지를 추출하는 것으로서, 본 발명에서는 두 개의 카메라로 동일한 검사대상 기계부품을 촬영하여 구조광이 비춰진 형태의 특정 포인트에 대해 삼각법을 이용하여 연산하되, 기계부품에 레이저를 조사하여 레이저 슬릿 패턴광에 의해 더욱 세밀한 위치 데이터를 획득할 수 있도록 한다.
영상데이터분류모듈(12)은 스크류, 레버, 클램프 등의 각 기계부품의 종류에 따른 검사표준 제품정보와 영상추출모듈(11)에 의해 추출된 검사대상 기계부품의 영상정보가 저장된다. 여기서 검사표준 제품 영상정보는 기계부품 생산을 위한 CAD 설계에 따른 3D형상 정보이고, 검사대상 기계부품의 영상정보는 제품 생산시스템 라인(40)에서 생산된 기계부품을 촬영하여 검사부(10)에서 추출된 3D영상 정보이다.
비전검사모듈(13)은 영상데이터분류모듈(12)에 저정되는 검사표준 제품의 3D형상 정보와 검사대상 기계부품의 3D영상 정보를 비교하여 치수허용오차에 따른 형상정밀도와 표면결함을 검사하여 제품불량여부를 판단하도록 한다.
검사환경 보정부(20)는 검사대상 기계부품이 컨베이어를 통해 테이블로 인입됨에 의해, 컨베이어 이송시 외부충격에 의한 오차가 많이 발생되고, 기계부품 촬영을 위해 테이블의 회전각도 변화 등에 의한 오차 등을 극복하기 위해 테이블의 위치를 XY축으로 거리를 재조정하거나 테이블 각도를 기설정된 값으로 보정하는 위치보정모듈(21)과, 기계부품을 촬영하기 위해 설치되는 카메라는 정확하게 수평상태를 유지하도록 장착되기 어렵고 장비를 사용하면서 바닥의 진동이나 충격에 의해 카메라의 수평도와 각도에 미세한 영향을 끼쳐 이에 대한 다양한 변수들을 적용하여 기설정된 파라미터에 의해 촬영되는 영상의 수평도 및 각도를 미리 보정하는 영상보정모듈(22)을 포함하여 구성된다.
불량데이터 관리부(30)는 불량데이터분류모듈(31), 불량발생인자추출모듈(32) 및 피드백데이터제공모듈(33)을 포함하여 구성되며, 도 3을 통해 불량데이터 관리부를 더욱 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 치수비교 영역에 따른 불량데이터 분류 테이블을 나타낸 도면이다.
불량데이터분류모듈(31)은 비전검사모듈(13)에서 불량으로 판단된 검사정보를 일정 카테고리별로 저장 및 분류시키는 것으로서, 기계부품의 종류별로 각 기계부품의 형상에 따른 치수비교 영역을 구분하고, 각 치수비교 영역에서의 치수오차가 발생되는 불량데이터를 누적하여 수집하도록 한다. 도면을 참조하여 예를 들자면, 톡스 스크류의 경우 머리부의 외경 및 각도(A), 전장(B), 나사산의 길이 및 외경(C) 등으로 치수비교 영역 테이블로 구분시키고, 비전검사되는 각 톡스 스크류 제품을 각 치수비교 영역마다 치수오차값을 누적 저장하여 관련 치수오차 누적값을 기초로 다양한 피드백정보를 제공하도록 한다.
불량발생인자추출모듈(32)은 불량데이터분류모듈(31)에 저장되는 일정 불량정보에 기초하여 불량발생인자를 추출하는 하는 것으로서, 각 치수비교 영역에 누적 저장된 각각의 치수오차값 정보를 기설정된 편차값과 비교하여 불량발생요인을 판단하게 된다. 즉, 치수오차값 정보가 기설정된 편차값 이내로 판단되면 불량발생요인을 금형설계불량으로 인식하고, 치수오차값 정보가 기설정된 편차값 이상으로 판단되면 제품성형공정불량으로 인식하여 관련 불량발생인자 정보를 피드백데이터제공모듈(33)로 전송하게 된다.
도면의 예를 통해 불량발생인자추출모듈(32)에서 인식되는 불량발생인자 정보를 살펴보자면, (A)영역에서의 치수비교 영역 테이블에서는 각 기계부품의 치수오차값 정보가 편차값 ±0.05 이내로 판단되어, 톡스 스크류의 머리부에 해당되는 금형이 잘못된 것으로 인식된다. 즉, 치수오차값에서도 나타나듯이 치수오차값이 +로 생산금형이 설계치수보다 크게 형성되는 것으로 인식될 수 있으며, 이러한 관련 불량발생인자 정보를 피드백데이터제공모듈(33)을 통해 제품 생산시스템 라인(40)으로 전송하여 해당되는 생산금형을 확인하도록 한다.
그리고 (C)영역에서의 치수비교 영역 테이블을 살펴보면, 각 기계부품의 치수오차값 정보가 편차값 ±0.07 이내로 판단되지 않고 허용 편차값보다 더 큰 치수오차값을 가지는 기계부품 정보가 검출된다. 이에 따라 치수비교 영역(C)에 해당하는 나사산의 길이 및 외경을 형성하기 위한 제품성형공정 불량으로 인식하여, 관련 불량발생인자 정보를 피드백데이터제공모듈(33)을 통해 제품 생산시스템 라인(40)으로 전송하여 해당되는 공정을 다시 확인하도록 한다.
피드백데이터제공모듈(33)은 불량발생인자추출모듈(32)에서 추출되는 불량발생인자 정보를 제품 생산시스템 라인(40)으로 기설정된 제어값에 의해 관련 정보를 선택적으로 전송한다. 이와 같이 피드백데이터제공모듈(33)은 제품 생산시스템 라인(40)으로 상시 불량발생인자 정보를 전송하는 것이 아니라, 각 치수비교 영역별로 불량으로 판단되는 치수오차값 정보가 일정 누적갯수 이상일 경우에만 전송하거나, 일정시간대를 설정하여 주간 또는 특정일간 간격으로 전송되도록 할 수 있다.
아울러, 편차값을 지나치게 이탈되는 특정 치수오차값 정보가 검출될 경우에는 상기의 제어값 정보와 관계없이 제품 생산시스템 라인(40)으로 관련 정보가 전송되도록 하여 제품 생산시스템 라인(40)이 가동되지 않도록 제어하여 이후 생산되는 제품의 불량을 사전에 방지할 수 있도록 한다.
아래에서는 본 발명의 따른 3D 비전 검사 방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 따른 3D 비전 검사순서를 나타낸 순서도이다.
본 발명의 따른 3D 비전 검사는 기계부품 안착 단계(S410), 검사환경 보정 단계(S420), 비전검사 단계(S430), 불량발생요인 추출 단계(S440) 및 피드백 단계(S450)를 포함하여 이루어진다.
기계부품 안착 단계(S410)에서는 제품 생산시스템 라인(40)에서 생산되는 기계부품이 컨베이어에 의해 인입되어 비전검사 테이블에 안착된다.
검사환경 보정단계(S420)에서는 검사대상 기계부품이 컨베이어를 통해 테이블로 인입될 때에 발생되는 외부충격 등에 의한 오차를 보정하기 위해 테이블의 위치를 XY축으로 거리를 재조정하거나 테이블 각도를 일정값으로 보정하도록 한다. 아울러, 카메라 장착에 따른 오차를 보정하기 위해 카메라의 수평도와 각도에 미세한 영향을 끼치는 다양한 변수들을 적용하여 기설정된 파라미터에 의해 촬영되는 영상의 수평도 및 각도를 보정하도록 한다. 이러한 검사환경 보정단계(S420)를 거치지 않고 비전검사를 수행하게 되면, 테이블을 회전시키면서 360°로 촬영되는 이미지를 매번 보정하여야 하여 제품 측정속도에 큰 영향을 미치게 된다.
비전검사 단계(S430)에서는 테이블에 안착된 검사대상 기계부품을 스테레오 카메라로 촬영하여, 촬영된 이미지 데이터를 기반으로 검사대상 기계부품의 3D영상 이미지를 추출한다. 촬영단계에서 기계부품에 레이저를 조사하여 레이저 슬릿 패턴광에 의해 더욱 세밀한 위치 데이터를 획득할 수 있도록 한다. 이와 같이 추출된 3D영상정보는 영상데이터분류모듈(12)에 저장되고, 영상데이터분류모듈(12)에 기저장된 검사표준 제품 3D 영상정보와 비교하여 제품불량을 판단하도록 한다.
불량발생요인 추출 단계(S440)에서는 비전검사 단계(S430)에서 불량으로 판단된 검사정보를 일정 카테고리별로 저장 및 분류시키고, 분류된 불량이력정보를 기초로 불량발생요인을 추출하여 관련 정보를 제품 생산시스템 라인(40)으로 전송하도록 하여, 제품생산 단계에 피드백 정보를 제공하도록 한다.
이를 위해, 먼저 불량데이터분류모듈(31)에서는 기계부품의 종류별로 각 기계부품의 형상에 따른 치수비교 영역을 구분하고, 각 치수비교 영역에서의 치수오차가 발생되는 불량데이터를 누적하여 수집한다. 그리고 불량발생인자추출모듈(32)에서 각 치수비교 영역에 누적 저장된 각각의 치수오차값 정보를 기설정된 편차값과 비교하여 불량발생요인을 판단하도록 한다. 이러한 불량발생요인 판단은 치수오차값 정보가 기설정된 편차값 이내로 판단되면 불량발생요인을 금형설계불량으로 인식하고, 치수오차값 정보가 기설정된 편차값 이상으로 판단되면 제품성형공정불량으로 인식하여 관련 불량발생인자 정보를 피드백데이터제공모듈(33)로 전송한다. 그런 다음 피드백데이터제공모듈(33)에서는 치수비교 영역별로 불량으로 판단되는 치수오차값 정보갯수가 일정 누적갯수 이상일 경우, 또는 일정 시간간격으로 불량발생인자 정보를 제품 생산시스템 라인(40)으로 전송하게 된다.
이렇게 제품 생산시스템 라인(40)으로 전송되는 불량발생인자 정보는 작업자 단말기 등을 통해 작업자가 확인하여 불량발생에 따른 사후조치를 취하도록 한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 검사부 11 : 영상추출모듈
12 : 영상데이터분류모듈 13 : 비전검사모듈
20 : 검사환경 보정부 21 : 위치보정모듈
22 : 영상보정모듈
30 : 불량데이터 관리부 31 : 불량데이터분류모듈
32 : 불량발생인자추출모듈 33 : 피드백데이터제공모듈
40 : 제품 생산시스템 라인

Claims (4)

  1. 검사대상 기계부품을 테이블에 안착시키고, 카메라 촬영을 통해 검사대상 기계부품의 3D영상 이미지를 추출하는 영상추출모듈과, 상기 영상추출모듈에 의해 추출되는 검사대상 기계부품의 3D영상 정보와 검사표준 제품의 3D형상 정보가 각각 저장되는 영상데이터분류모듈과, 상기 영상데이터분류모듈에 저정되는 검사표준 제품의 3D형상 정보와 검사대상 기계부품의 3D영상 정보를 비교하여 제품불량여부를 판단하는 비전검사모듈을 포함하는 검사부와;
    상기 검사대상 기계부품을 테이블에 안착시키고 상기 검사대상 기계부품을 촬영하기 전에 상기 검사대상 기계부품이 안착되는 테이블의 수평도 및 각도를 기설정된 값으로 보정하거나 상기 검사대상 기계부품을 카메라로 촬영한 영상을 기설정된 파라미터를 적용시켜 영상의 수평도 및 각도를 보정하는 검사환경 보정부와;
    상기 검사부에서 불량으로 판단된 검사정보를 일정 카테고리별로 저장 및 분류시키고, 일정 불량정보에 기초한 불량발생인자를 추출하여 제품 생산시스템 라인으로 관련 정보를 전송하는 불량데이터관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 비전 검사 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 불량데이터관리부는
    상기 검사부에서 불량으로 판단된 검사정보를 일정 카테고리별로 저장 및 분류시키는 불량데이터분류모듈과,
    상기 불량데이터분류모듈에 저장되는 일정 불량정보에 기초한 불량발생인자를 추출하는 불량발생인자추출모듈과,
    상기 불량발생인자추출모듈에서 추출되는 불량발생인자 정보를 제품 생산시스템 라인으로 기설정된 제어값에 의해 관련 정보를 선택적으로 전송하는 피드백데이터제공모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 비전 검사 시스템.
  3. 제 3항에 있어서,
    상기 불량데이터분류모듈은 각 기계부품에서의 치수비교 영역을 구분하고, 각 치수비교 영역에서의 치수오차가 발생되는 불량데이터를 누적하여 수집하는 것을 특징으로 하는 3D 비전 검사 시스템.
  4. 제 4항에 있어서,
    상기 불량발생인자추출모듈은 상기 각 치수비교 영역에 누적저장된 각각의 치수오차값 정보가 기설정 편차값 이내로 판단되면 금형설계불량으로 인식하고, 각각의 치수오차값 정보가 기설정 편차값 이상으로 판단되면 제품성형공정불량으로 인식하여 관련 불량발생인자 정보를 상기 피드백데이터제공모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 3D 비전 검사 시스템.
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