KR20230016092A - Arc distraction prevention and control method based on image processing - Google Patents

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KR20230016092A
KR20230016092A KR1020210096479A KR20210096479A KR20230016092A KR 20230016092 A KR20230016092 A KR 20230016092A KR 1020210096479 A KR1020210096479 A KR 1020210096479A KR 20210096479 A KR20210096479 A KR 20210096479A KR 20230016092 A KR20230016092 A KR 20230016092A
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Abstract

The present invention provides an arc blow prevention and control method based on image processing, comprising the steps of: (a) acquiring, by an imaging unit, welding unit surrounding images by taking images of a welding unit and a surrounding area of the welding unit; (b) processing, by an arc image processing unit, the welding unit surrounding images to measure an arc blow angle value; (c) controlling, by a PID control unit, the operation of an arc angle adjustment unit using an error correction value computed based on the measured arc blow angle value; (d) adjusting, by the arc angle adjustment unit, an angle of an arc torched from the welding unit while operating under the control of the PID control unit; and (e) performing, by the welding unit, welding. Unlike traditional methods that adjust the length of an arc and the angle of a welding rod, based on the images around the welding unit, arc blow can be prevented.

Description

영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법 {Arc distraction prevention and control method based on image processing}Arc distraction prevention and control method based on image processing {Arc distraction prevention and control method based on image processing}

본 발명은 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촬영부로부터 획득된 용접부 관련 영상을 영상처리한 결과를 기반으로 아크각도조절부의 동작을 제어하여 아크의 기울기를 조절하도록 이루어지는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an arc tilt prevention and control method based on image processing, and more particularly, based on a result of image processing of an image related to a welding part obtained from a photographing unit, the operation of an arc angle adjusting unit is controlled to adjust the arc slope. It relates to an arc tipping prevention and control method based on image processing configured to adjust.

아크 용접은 교류 또는 직류 전압을 용접봉과 용접부재 사이에 전류를 통하여 아크를 발생시켜 용접하는 것이다.Arc welding is welding by generating an arc through an AC or DC voltage through a current between a welding rod and a welding member.

아크쏠림은 용접봉에서 흐르는 전류의 자기장에 의해 아크가 한쪽으로 쏠리는 현상을 말한다. 만약, 용접 시 전류가 용접선의 방향으로 일정하게 발생하면 아크쏠림현상이 없으나, 아크접지의 위치 또는 자성이 매우 큰 용접부재를 용접 시 아크쏠림현상이 발생한다.Arc tipping refers to a phenomenon in which the arc is pulled to one side by the magnetic field of the current flowing from the welding rod. If, during welding, current is constantly generated in the direction of the welding line, there is no arc pulling phenomenon.

도 1의 (a)와 (b)는 아크쏠림현상이 발생한 용접부 주변영상을 촬영한 영상이며, 상기한 아크쏠림현상은 도 1에 도시된 용접부주변영상을 참고할 수 있다. 즉, 용접 시 최초 예상하였던 방향으로 토치의 방향을 위치시킨 상태라 하더라도, 주위 환경에 따라서 실제 아크 불꽃은 최초 예상하였던 방향과는 다른 방향으로 쏠리면서 용접 경로 및 완성도에서 차이가 발생하는 문제가 있다.(a) and (b) of FIG. 1 are images taken of an image around a welded part where arc tipping occurs. That is, even when the direction of the torch is positioned in the initially expected direction during welding, the actual arc flame is directed in a direction different from the initially expected direction depending on the surrounding environment, and there is a problem in that there is a difference in the welding path and completeness. .

종래의 기술들은 상기한 아크쏠림현상을 해결하기 위하여 아크의 길이를 조절하는 기술, 아크쏠림이 발생되는 방향으로 용접봉의 각도를 낮추는 기술을 적용하였다.Conventional technologies have applied a technique of adjusting the length of the arc and a technique of lowering the angle of the welding rod in the direction in which the arc pull occurs in order to solve the above-mentioned arc tipping phenomenon.

예를 들어, 아크의 길이를 짧게 조절하면 용접시간이 매우 길어져 용접의 효율성이 떨어지고, 아크의 길이를 길게 조절하면 용입불량과 같은 용접부결함을 발생시키는 문제점이 있었다. For example, if the length of the arc is adjusted to be short, the welding time becomes very long and the efficiency of welding is lowered, and if the length of the arc is adjusted to be long, there is a problem of generating welding defects such as poor penetration.

또한 용접봉의 각도를 낮추는 기술의 경우 사용자가 아크를 제어하기 매우 어려워 전문용접사의 기량에만 의존하는 문제점이 있었다.In addition, in the case of the technology of lowering the angle of the welding rod, it is very difficult for the user to control the arc, and there is a problem in that it depends only on the skill of a professional welder.

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제 10-0613429호(Patent Document 1) Korean Registered Patent No. 10-0613429

(특허문헌 2) 대한민국 등록특허 제 10-0726575호(Patent Document 2) Republic of Korea Patent Registration No. 10-0726575

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 촬영부로부터 획득된 용접부 영상을 기반으로 아크의 기울기 정도를 나타내는 아크쏠림각도값을 측정한 후 PID제어부가 기설정된 아크쏠림각도값과의 차이를 보정한 만큼 아크각도조절부를 제어하여 아크쏠림을 방지 및 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to measure the arc tilt angle value indicating the degree of inclination of the arc based on the weld image obtained from the photographing unit, and then measure the difference between the arc tilt angle value and the preset arc tilt angle value by the PID control unit. It is to provide a method for preventing and controlling the arc tilting by controlling the arc angle adjusting unit as much as the corrected.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, (a) 촬영부가 용접부 및 용접부의 주변을 촬영하여 용접부주변영상을 획득하는 단계; (b)아크영상처리부가 상기 용접부주변영상을 영상처리하여 아크쏠림각도값을 측정하는 단계; (c) PID제어부가 상기 아크쏠림각도값을 기반으로 연산된 오차보정값을 이용하여 아크각도조절부의 동작을 제어하는 단계; (d) 상기 아크각도조절부가 상기 PID제어부에 의해 동작하면서 용접부로부터 토치되는 아크의 각도를 조절하는 단계; 및 (e)상기 용접부가 용접을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is, (a) obtaining an image around the welded portion by the photographing unit taking a picture of the welded portion and the vicinity of the welded portion; (b) measuring an arc tilt angle value by an arc image processing unit by processing an image around the welding portion; (c) controlling the operation of the arc angle adjusting unit by the PID control unit using an error correction value calculated based on the arc tilt angle value; (d) adjusting the angle of the arc torched from the welding part while the arc angle control unit is operated by the PID control unit; And (e) the step of performing welding by the welding part; Arc tipping prevention and control based on image processing characterized in that it comprises an arc tipping prevention and control method based on image processing characterized in that it comprises a. provides a way

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 아크영상처리부가 상기 용접부주변영상에서 상기 용접부 및 아크에 대한 아크컬러영상을 추출하는 단계; (b2) 상기 아크영상처리부가 상기 아크컬러영상에서 아크를 제외한 주변영역을 흑백으로 변환하여 아크변환영상을 생성하는 단계; 및 (b3) 상기 아크영상처리부가 상기 아크변환영상에 임계값을 적용하여 상기 아크변환영상의 밝기를 극대화하는 단계;를 포함하고, 상기 (b3)단계에서, 상기 아크영상처리부는 이진화영상 알고리즘에 상기 아크변환영상을 적용하고 상기 아크변환영상에서 추출된 임계값과 기설정된 임계값을 비교하여 상기 아크변환영상을 이진화시키며, 상기 기설정된 임계값은 0 내지 255이고, 상기 이진화영상 알고리즘은 상기 아크변환영상 중 일부에서 추출된 임계값이 0내지 127이면, 상기 아크변환영상 중 일부를 0으로 이진화하여 검정색으로 표시하고, 상기 아크변환영상 중 다른 일부에서 추출된 임계값이 128 내지 255이면, 상기 아크변환영상 중 다른 일부를 1로 이진화하여 흰색으로 표시함과 동시에 상기 아크변환영상의 밝기를 극대화하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step (b) may include: (b1) the arc image processing unit extracting an arc color image for the welding portion and the arc from the image surrounding the welding portion; (b2) converting, by the arc image processing unit, an arc-converted image by converting a peripheral area excluding the arc from the arc color image into black and white; And (b3) maximizing the brightness of the arc-converted image by the arc image processing unit applying a threshold to the arc-converted image, wherein in the step (b3), the arc image processing unit performs a binary image algorithm The arc conversion image is applied and the arc conversion image is binarized by comparing a threshold value extracted from the arc conversion image with a preset threshold value, the preset threshold value is 0 to 255, and the binarization image algorithm performs the arc conversion image algorithm. If the threshold value extracted from some of the converted images is 0 to 127, some of the arc conversion images are binarized to 0 and displayed in black, and if the threshold values extracted from other parts of the arc conversion images are 128 to 255, the It may be characterized by maximizing the brightness of the arc conversion image while displaying it in white by binarizing another part of the arc conversion image by 1.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b4) 상기 아크영상처리부가 상기 아크변환영상의 최외곽선인 아크경계선을 검출하는 단계; (b5) 상기 아크영상처리부가 상기 아크경계선의 적어도 일부와 접하도록 상기 아크경계선을 둘러싸는 바운딩박스를 검출하는 단계; 및 (b6) 상기 아크영상처리부가 상기 아크경계선과 상기 바운딩박스에 접하는 제1, 2 아크경계점을 검출 후 제1,2 아크경계점을 최단거리로 연결하는 아크수직선을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step (b) may include: (b4) the arc image processing unit detecting an arc boundary line, which is the outermost line of the arc converted image; (b5) detecting, by the arc image processing unit, a bounding box surrounding the arc boundary line so as to contact at least a part of the arc boundary line; and (b6) detecting, by the arc image processing unit, first and second arc boundary points contacting the arc boundary line and the bounding box, and then detecting an arc vertical line connecting the first and second arc boundary points with the shortest distance. can be characterized.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (b)단계는, (b7) 상기 아크영상처리부가 지면과 수직하면서 상기 제 1, 2 아크경계점 중 상기 용접부와 인접한 아크경계점을 지나는 용접전극선을 검출하는 단계, (b8) 상기 아크영상처리부가 상기 용접전극선과 상기 아크수직선이 이루는 아크쏠림각도값을 측정하는 단계; 및 (b9) 상기 아크영상처리부가 상기 아크쏠림각도값을 PID제어부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step (b) may include (b7) the arc image processing unit detecting a welding electrode line passing through an arc boundary point adjacent to the welding part among the first and second arc boundary points while being perpendicular to the ground; (b8) measuring, by the arc image processing unit, an arc deflection angle value formed by the welding electrode line and the arc vertical line; and (b9) the arc image processing unit transmitting the arc tilt angle value to the PID control unit.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 PID제어부가 상기 아크영상처리부로부터 전송되는 상기 아크쏠림각도값을 수신하는 단계; (c2) 상기 PID제어부가 기설정된 상기 아크쏠림각도값에서 상기 아크쏠림각도값을 뺀 상기 오차보정값을 연산하는 단계; 및 (c3) 상기 PID제어부가 상기 오차보정값을 이용하여 상기 아크각도조절부의 동작을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step (c) may include: (c1) receiving the arc tilt angle value transmitted from the arc image processing unit by the PID control unit; (c2) calculating the error correction value obtained by subtracting the arc tilt angle value from the arc tilt angle value set by the PID control unit; and (c3) controlling, by the PID control unit, an operation of the arc angle adjusting unit using the error correction value.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (d)단계는, (d1) 상기 아크각도조절부가 상기 PID제어부에 의해 좌우방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 단계;및 (d2) 상기 아크각도조절부가 상기 용접부로부터 토치되는 아크의 각도를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step (d) may include (d1) moving the arc angle adjusting unit in at least one of the left and right directions by the PID control unit; and (d2) the arc angle adjusting unit. It may be characterized in that it includes; adjusting the angle of the arc that is torched from the welding portion.

본 발명의 실시 예에 있어서, 아크 및 용접부를 촬영하여 용접부주변영상을 획득하고 아크영상처리부로 전송하는 촬영부; 상기 촬영부에서 수신받은 상기 용접부주변영상을 영상처리하여 아크쏠림각도값을 측정하고 상기 아크쏠림각도값을 PID제어부로 전송하는 아크영상처리부; 상기 아크영상처리부로부터 수신받은 아크쏠림각도값과 기설정된 아크쏠림각도값을 뺀 오차보정값을 산출하여 아크각도조절부로 전송하는 PID제어부; 및 상기 PID제어부로부터 수신받은 상기 오차보정값을 기반으로 아크쏠림을 제어하는 아크각도조절부;를 포함하고, 상기 아크각도조절부는 상기PID제어부로부터 이동신호를 전달받아 좌우방향 중 하나의 방향으로 이동하여 아크의 쏠림 제어하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a photographing unit for capturing an arc and a welding part, acquiring an image of the area around the welding part, and transmitting the image to the arc image processing unit; an arc image processing unit which processes the image received from the photographing unit around the welding part to measure an arc shear angle value and transmits the arc shear angle value to a PID control unit; a PID control unit for calculating an error correction value obtained by subtracting the arc tilt angle value received from the arc image processing unit and a preset arc tilt angle value, and transmitting the calculated error correction value to the arc angle adjusting unit; and an arc angle adjusting unit that controls arc tilting based on the error correction value received from the PID control unit, wherein the arc angle adjusting unit receives a movement signal from the PID control unit and moves in one of left and right directions. It can be characterized in that it is characterized in that the tilting of the arc is controlled by doing.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 아크영상처리부는, 상기 용접부주변영상에서 바운딩박스 상기 아크경계선과 최외곽선과 접하고, 상기 바운딩박스가 상기 아크경계선과 접하여 이루는 면적이 최소화하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the arc image processing unit may be characterized in that the arc boundary line and the outermost outer line of the bounding box are in contact with the arc boundary line in the image surrounding the welding part, and the area formed by the bounding box in contact with the arc boundary line is minimized. there is.

본 발명의 실시 예에 있어서, 톱니를 포함하고, PID제어부에서 수신된 이동신호를 기반으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 기어;In an embodiment of the present invention, a gear including teeth and rotating in a clockwise or counterclockwise direction based on a movement signal received from the PID control unit;

상기 기어의 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 좌우방향으로 움직이는 렉기어; 상기 렉기어의 양단으로부터 형성된 위치조절바; 및 하방으로 연장형성되어 있는 한 쌍의 고자성체; 상기 한 쌍의 고자성체는 자기장을 형성하여 아크의 방향을 좌우로 제어하여 아크의 쏠림을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.a leg gear that moves left and right as the gear rotates clockwise or counterclockwise; Position control bars formed from both ends of the leg gear; and a pair of ferromagnets extending downward; The pair of high magnetic materials may form a magnetic field to control the direction of the arc to the left and right to control the tilting of the arc.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 기어는 상기 렉기어 상에 위치하여 x축, y축, z축방향으로 구속되고, z축을 기준으로 회전하고, 상기 렉기어는, 상기 기어와 맞물려, 상기 기어의 회전에 의해 좌우방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 것을 특징으로 할 수있다.In an embodiment of the present invention, the gear is located on the leg gear, is constrained in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, and rotates about the z-axis, and the leg gear meshes with the gear, It may be characterized in that it moves in at least one of the left and right directions by the rotation of.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 위치조절바는, 상기 렉기어의 양단으로부터 하방으로 연장형성되어 있고, 상기 위치조절바의 하단에 한 쌍의 고자성체를 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the position control bar may be formed to extend downward from both ends of the leg gear, and a pair of high magnetic materials may be coupled to a lower end of the position control bar.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 종래의 기술인 아크길이와 용접봉각도를 조절하지 않고, 촬영부에서 용접부주변영상을 획득하여, 아크영상처리부에서 용접부주변영상을 영상처리하여 아크경계선과 바운딩박스를 이용하여 아크쏠림각도값을 측정하는 효과가 있다.The effect of the present invention according to the configuration as described above is to obtain an image around the welding part in the photographing unit without adjusting the arc length and the angle of the welding rod, which are conventional techniques, and image the image around the welding part in the arc image processing unit to image the arc boundary and bounding There is an effect of measuring the arc tilt angle value using a box.

또한 본 발명의 효과는, 영상처리를 기반으로 아크각도쏠림각도값을 정확하게 측정한 후 기설정된 아크쏠림각도값과 아크각도쏠림각도값을 뺀 오차보정값을 통해 아크각도조절부에 설치된 고자성체가 자기장으로 아크를 제어하여 용접을 실시한다는 점에서 종래의 기술들의 문제점을 해결하는 효과가 있다.In addition, the effect of the present invention, after accurately measuring the arc angle tilt angle value based on image processing, the high magnetic body installed in the arc angle adjusting unit through the error correction value obtained by subtracting the preset arc tilt angle value and the arc angle tilt angle value There is an effect of solving the problems of the prior art in that welding is performed by controlling the arc with a magnetic field.

PID제어부에서 기설정된 아크쏠림각도값과 아크쏠림각도값을 뺀 오차보정값을 아크각도조절부로 전송하고, 아크각도조절부에서 설치된 기어의 회전에 따라 렉기어가 좌우로 움직여 아크를 제어함으로써, 용접을 실시 할 수 있는 효과가 있다.The PID control unit transmits the error correction value obtained by subtracting the preset arc tilting angle value and the arc tilting angle value to the arc angle adjusting unit, and the leg gear moves left and right according to the rotation of the gear installed in the arc angle adjusting unit to control the arc. There is an effect that can be carried out.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 용접부주변영상을 나타낸 영상이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법을 구현하기 위해 사용되는 아크쏠림각도 제어시스템 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S200)를 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S200)를 영상으로 나타낸 측정흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 아크이진화영상(133)을 나타낸 확대도이다.
도 7내지 도9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림방지 및 제어방법의 아크쏠림각도 측정결과값을 나타낸 예시영상이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S300)를 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S400)를 나타낸 순서도이다.
도12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 아크각도조절부를 나타낸 정면도이다.1 is an image showing an image around a welding part in a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an arc tilt angle control system used to implement a method for preventing and controlling arc tilt based on image processing according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating detailed steps (S200) of a method for preventing and controlling arc drift based on image processing according to an embodiment of the present invention.
5 is a measurement flow chart showing a detailed step (S200) of a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention as an image.
6 is an enlarged view showing an arc binarized image 133 of a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.
7 to 9 are example images showing arc tilt angle measurement result values of the arc tilt prevention and control method based on image processing according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating detailed steps (S300) of a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating detailed steps (S400) of a method for preventing and controlling arc pull based on image processing according to an embodiment of the present invention.
12 is a front view illustrating an arc angle adjusting unit of a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in many different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하 도 1 내지 도12를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.A method for preventing and controlling arc drift based on image processing according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12 .

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 용접부주변영상을 나타낸 영상이다.1 is an image showing an image around a welding part in a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법을 구현하기 위해 사용되는 아크쏠림각도 제어시스템(100) 블록도이다..2 is a block diagram of an arc tipping angle control system 100 used to implement a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법을 구현하기 위해 사용되는 아크쏠림각도 제어시스템(100)은 촬영부(110), 용접부(120), 아크영상처리부(130), PID 제어부(140) 및 아크각도조절부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the arc tipping angle control system 100 used to implement an arc tipping prevention and control method based on image processing includes a photographing unit 110, a welding unit 120, and an arc image processing unit 130. , a PID controller 140 and an arc angle controller 150.

촬영부(110)는 영상을 촬영할 수 있는 장치이며, 용접부(120)에서 토치되는 아크(10)및 용접부의 주변을 촬영한다.The photographing unit 110 is a device capable of capturing images, and captures the arc 10 torched in the welding part 120 and the surroundings of the welding part.

그리고 용접부(120)는 고정부재(미도시)의 중앙 하부에 결합되며, 아크(10)가 토치되는 부분이다.And the welding part 120 is coupled to the center lower portion of the fixing member (not shown), and is a part where the arc 10 is torched.

아크영상처리부(130)는 촬영부(110)로부터 촬영된 용접부 및 아크에 대한 아크컬러영상(131)을 수신 받아 그레이 스케일화하여 아크변환영상(132)으로 변환시킨다. 그레이 스케일화된 아크변환영상(132)는 이진화영상처리를 기반으로 아크이진화영상(133)으로 변환하여 아크경계선(134)을 검출한다.The arc image processing unit 130 receives the arc color image 131 of the welding part and the arc photographed from the photographing unit 110 and converts the arc color image 131 into an arc conversion image 132 by converting it into a gray scale. The gray-scaled arc converted image 132 is converted into an arc binarized image 133 based on binary image processing to detect the arc boundary 134.

바운딩박스(135)는 아크경계선(134)의 최외곽선을 감싸고, 아크쏠림각도값(α)을 산출하여 PID 제어부(140)로 전송한다.The bounding box 135 surrounds the outermost line of the arc boundary line 134, calculates the arc tilt angle value α, and transmits it to the PID controller 140.

PID제어부(140)는 기설정된 아크쏠림각도값과 아크쏠림각도값(α)을 –A 오차보정값을 산출하고, 산출된 오차보정값을 아크각도조절부(150)로 전송한다.The PID controller 140 calculates an error correction value A based on the preset arc tilt angle value and the arc tilt angle value α, and transmits the calculated error correction value to the arc angle adjusting unit 150.

아크각도조절부(150)는 수신 받은 오차보정값을 기반으로 아크(10)가 쏠린방향을 제어하여 아크(10)가 올바른 방향으로 용접을 실시 할 수 있도록 제어해주는 장치이다.The arc angle adjusting unit 150 is a device that controls the direction in which the arc 10 is directed based on the received error correction value so that the arc 10 can perform welding in the correct direction.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.

도3을 참조하면, (a) 촬영부(110)는 용접부(120) 및 용접부(120)의 주변을 촬영하여 용접부주변영상(121)을 획득하는 단계(S100), (b) 아크영상처리부(130)가 용접부주변영상(121)을 영상처리하여 아크쏠림각도값(α)을 측정하는 단계(S200), (c) PID제어부(140)가 아크쏠림각도값(α)을 기반으로 연산된 오차보정값을 이용하여 아크각도조절부(150)의 동작을 제어하는 단계(S300), (d) 아크각도조절부(150)가 PID제어부(140)에 의해 동작하면서 용접부(120)로부터 토치되는 아크의 각도를 조절하는 단계(S400) 및 (e) 용접부(120)가 용접을 수행하는 단계(S500)를 포함한다.Referring to FIG. 3, (a) the photographing unit 110 acquires an image 121 around the welded portion 120 by photographing the welded portion 120 and the vicinity of the welded portion 120 (S100), (b) an arc image processing unit ( 130) processing the image 121 around the welding part to measure the arc tilt angle value (α) (S200), (c) the PID control unit 140 calculates the error based on the arc tilt angle value (α) Controlling the operation of the arc angle adjusting unit 150 using the correction value (S300), (d) the arc angle adjusting unit 150 being operated by the PID control unit 140 while the arc being torched from the welding part 120 Adjusting the angle of (S400) and (e) the welding portion 120 includes a step of performing welding (S500).

상기 (a) 단계(S100)에서, 촬영된 용접부주변영상(121)은 도1에 도시된 바와 같다.In step (a) (S100), the photographed image 121 around the welding part is as shown in FIG.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S200)를 나타낸 순서도이며, 도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S200)를 나타낸 측정흐름도이다.4 is a flowchart showing detailed steps (S200) of a method for preventing and controlling arc pull based on image processing according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is based on image processing according to an embodiment of the present invention. It is a measurement flow chart showing detailed steps (S200) of the arc tipping prevention and control method.

도 4를 참조하면, 상기 (b) 단계(S200)는, (b1) 아크영상처리부(130)가 용접부주변영상(121)에서 용접부(120) 및 아크에 대한 아크컬러영상(131)을 추출하는 단계(S210), (b2) 아크영상처리부(130)가 아크컬러영상(131)에서 아크를 제외한 주변영역을 흑백으로 변환하여 아크변환영상(132)을 생성하는 단계(S220), (b3) 아크영상처리부(130)가 아크변환영상(132)에 임계값을 적용하여 아크변환영상(132)의 밝기를 극대화하는 단계(S230), (b4) 아크영상처리부(130)가 아크변환영상(132)의 최외곽선인 아크경계선(134)을 검출하는 단계(S240), (b5) 아크영상처리부(130)가 아크경계선(134)의 적어도 일부와 접하도록 아크경계선(134)을 둘러싸는 바운딩박스(135)를 검출하는 단계(S250), (b6) 아크영상처리부(130)가 아크경계선(134)과 바운딩박스(135)에 접하는 제1, 2 아크경계점(P1, P2)을 검출 후 제1, 2 아크경계점(P1, P2)을 최단거리로 연결하는 아크수직선(L1)을 검출하는 단계(S260), (b7) 아크영상처리부(130)가 지면과 수직하면서 제 1, 2 아크경계점(P1, P2) 중 용접부(120)와 인접한 아크경계점(P1, P2)을 지나는 용접전극선(L2)을 검출하는 단계(S270), (b8) 아크영상처리부(130)가 용접전극선(L2)과 아크수직선(L1)이 이루는 아크쏠림각도값(α)을 측정하는 단계(S280) 및 (b9) 아크영상처리부(130)가 아크쏠림각도값(α)을 PID제어부(140)로 전송하는 단계(S290)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 4, in step (b) (S200), (b1) the arc image processing unit 130 extracts an arc color image 131 for the welding part 120 and the arc from the image 121 surrounding the welding part. Step (S210), (b2) Step (S220) of the arc image processing unit 130 converting the arc color image 131 to black and white in the surrounding area excluding the arc to generate an arc conversion image 132 (S220), (b3) arc The image processing unit 130 maximizes the brightness of the arc conversion image 132 by applying a threshold to the arc conversion image 132 (S230), (b4) the arc image processing unit 130 converts the arc conversion image 132 Detecting the arc boundary line 134, which is the outermost line of (S240), (b5) the arc image processing unit 130 is bounding box 135 surrounding the arc boundary line 134 so as to contact at least a part of the arc boundary line 134. ) is detected (S250), (b6) after the arc image processing unit 130 detects the first and second arc boundary points P1 and P2 contacting the arc boundary line 134 and the bounding box 135, the first and second Detecting the arc vertical line L1 connecting the arc boundary points P1 and P2 with the shortest distance (S260), (b7) the arc image processing unit 130 perpendicular to the ground while the first and second arc boundary points P1 and P2 ) of the welding part 120 and the step of detecting the welding electrode line (L2) passing through the adjacent arc boundary points (P1, P2) (S270), (b8) the arc image processing unit 130 the welding electrode line (L2) and the arc vertical line (L1) (S280) of measuring the arc tilt angle value (α) formed by ) and (b9) the arc image processing unit 130 transmitting the arc tilt angle value (α) to the PID control unit 140 (S290). It is characterized by doing.

구체적으로, 상기 (b3)단계에서, 아크영상처리부(130)는 이진화영상 알고리즘에 아크변환영상(132)을 적용하고 아크변환영상(132)에서 추출된 임계값과 기설정된 임계값을 비교하여 아크변환영상(132)을 이진화시킨다.Specifically, in the step (b3), the arc image processing unit 130 applies the arc conversion image 132 to the binary image algorithm and compares the threshold value extracted from the arc conversion image 132 with a preset threshold value to arc the arc conversion image 132. The converted image 132 is binarized.

또한, 기설정된 임계값은 0 내지 255이다.In addition, the predetermined threshold value is 0 to 255.

이때, 이진화영상 알고리즘은 아크변환영상(132) 중 일부에서 추출된 임계값이 0내지 127이면, 아크변환영상(132) 중 일부를 0으로 이진화하여 검정색으로 표시하고, 아크변환영상(132) 중 다른 일부에서 추출된 임계값이 128 내지 255이면, 아크변환영상(132) 중 다른 일부를 1으로 이진화하여 흰색으로 표시함과 동시에 아크변환영상(132)의 밝기를 극대화한다.At this time, if the threshold value extracted from some of the arc conversion images 132 is 0 to 127, the binarization image algorithm binarizes some of the arc conversion images 132 to 0 and displays them in black, and among the arc conversion images 132 If the threshold value extracted from the other part is 128 to 255, the other part of the arc conversion image 132 is binarized to 1 to display it in white and at the same time maximizes the brightness of the arc conversion image 132.

예를 들어, 아크변환영상(132)에서 추출된 임계값이 각각5, 120, 126이면, 이를 기반으로 이진화영상 알고리즘은 상기 아크변환영상(132) 중 일부를 0으로 이진화하여 검정색으로 표시한다. 또한 아크변환영상(132)에서 추출된 임계값이 각각 128, 130, 224 이면, 이진화영상 알고리즘은 아크변환영상(132) 중 다른 일부를 1로 이진화시켜 해당영역을 흰색으로 표시하여 아크변환영상(132)에서 아크영역을 더 부각시킬 수 있다. For example, if the threshold values extracted from the arc-converted image 132 are 5, 120, and 126, respectively, the binary image algorithm based on this threshold values binarizes some of the arc-converted image 132 to 0 and displays them in black. In addition, if the threshold values extracted from the arc conversion image 132 are 128, 130, and 224, respectively, the binarization image algorithm binarizes another part of the arc conversion image 132 to 1 and displays the corresponding region in white to display the arc conversion image ( 132), the arc area can be further emphasized.

이처럼 이진화영상 알고리즘은 영상을 0과 1로 영상의 영역을 나누는 작업이며, 아크변환영상(132)을 0과 1로 이진화하여 영상의 아크(10)를 제외한 주변영역과 아크영역을 검정색과 흑색으로 구분할 수 있다.As such, the binarization image algorithm divides the image area into 0 and 1, and the arc conversion image 132 is binarized into 0 and 1 to make the surrounding area and arc area except for the arc 10 of the image black and black. can be distinguished.

또한, 이진화영상 알고리즘을 이용하여 아크변환영상(132)에 대해 이진화를 수행한다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 이진화 이미지 생성을 위한 공지된 알고리즘인 오츠 알고리즘(Otsu algorithm), OpenCV알고리즘, MATLAB 이진화 알고리즘을 이용하여 아크변환영상(132)에 적용하여 이진화를 수행할 수 있다.In addition, although it is described that the binarization is performed on the arc conversion image 132 using a binarization image algorithm, it is not necessarily limited thereto, and the Otsu algorithm, an OpenCV algorithm, and MATLAB, which are known algorithms for generating a binarized image, are described. Binarization may be performed by applying a binarization algorithm to the arc conversion image 132 .

아크변환영상(132)이 이진화영상 알고리즘에 적용되면, 도 6에 도시된 바와 같은 아크이진화영상(133)으로 이진화된다.When the arc-transformed image 132 is applied to the binarized image algorithm, it is binarized into an arc-transformed image 133 as shown in FIG. 6 .

도 6을 참조하면, 상기 (b4) 단계 내지 상기 (b6) 단계에서 이진화가 적용된 아크이진화영상(133)에서 0과 1로 이진화값이 적용된 검은색영역과 흰색영역이 경계를 이루는 아크경계선(134)을 검출한다.Referring to FIG. 6, in the arc binarized image 133 to which binarization is applied in steps (b4) to (b6), an arc boundary line 134 forming a boundary between a black area and a white area to which binarization values of 0 and 1 are applied. ) is detected.

이때, 아크경계선(134)은 영상의 명암도를 기준으로 명암의 변화가 큰 경계선이다. 아크경계선(134)을 표현하기 위해 엣지검출필터인 Prewitt연산자를 적용한 필터를 이용하여 검출할 수 있다. 필요에 따라 다른 엣지검출필터로서 Canny연산자, Sobel 연산자, Roberts연산자를 더 사용할 수도 있다. 아크경계선(134)은 도 6에 도시된 바와 같다. 아크경계선(134)은 아크불꽃 또는 아크쏠림에 따라 종형상이 아닌 다른 형상일 수도 있다. 또한, 바운딩박스(135)는 아크경계선(134)을 최소 면적으로 둘러싸는 평행사변형일 수 있으며, 아크경계선(134)은 바운딩박스(135)의 내부에 위치해 있다.At this time, the arc boundary line 134 is a boundary line with a large change in contrast based on the contrast of the image. In order to express the arc boundary line 134, it can be detected using a filter to which the Prewitt operator, which is an edge detection filter, is applied. If necessary, as other edge detection filters, Canny operator, Sobel operator, and Roberts operator can be used. The arc boundary line 134 is as shown in FIG. 6 . The arc boundary line 134 may have a shape other than a bell shape depending on the arc spark or arc tipping. In addition, the bounding box 135 may be a parallelogram that surrounds the arc boundary line 134 with a minimum area, and the arc boundary line 134 is located inside the bounding box 135 .

바운딩박스(135)와 아크경계선(134)은 4개의 접점을 공유할 수 있다. 상기한 4개의 접점 중 1개의 교점은 아크경계선(134)의 말단 부분과 바운딩박스(135)의 아랫변이 접하는 곳에 위치하고, 나머지 4개의 교점 중 2개의 교점은 아크경계선(134)의 양끝단과 바운딩박스(135)의 윗변과 접하는 모서리부분에 위치하고, 나머지 2개의 교점은 아크경계선(134)과 바운딩박스(135)가 평행을 이루는 가장 긴 2개의 선분과 접하는 부분에 위치한다.The bounding box 135 and the arc boundary line 134 may share four contact points. One of the four points of intersection is located where the distal end of the arc boundary line 134 and the lower edge of the bounding box 135 come into contact, and two of the other four intersection points are located between both ends of the arc boundary line 134 and the bounding box. It is located at the corner portion in contact with the upper side of (135), and the other two intersections are located at the portion in contact with the two longest line segments in which the arc boundary line 134 and the bounding box 135 are parallel.

이러한 바운딩박스(135)를 표현하기 위해YOLO모델, Faster R-CNN과 같이 공지된 알고리즘을 이용하여 아크경계선(134)과 접하면서 최외곽을 둘러싸는 바운딩박스(135)를 생성할 수 있다.In order to express the bounding box 135, a bounding box 135 enclosing the outermost boundary while contacting the arc boundary 134 may be generated using a known algorithm such as a YOLO model or Faster R-CNN.

제 1, 2 아크경계점(P1, P2) 중 제1아크경계점(P1)은 바운딩박스(135)의 모서리부분에 위치한 2개의 교점과 같은 위치에 있으며, 바운딩박스(135)의 윗변을 같은 길이로 양분하는 중점이다.Among the first and second arc boundary points P1 and P2, the first arc boundary point P1 is located at the same position as the two intersections located at the corners of the bounding box 135, and extends the upper side of the bounding box 135 to the same length. It is the focal point of the division.

또한 제2아크경계점(P2)는 아크경계선(134)의 말단부분에 위치한 1개의 교점이고, 제1 아크경계점(P1)과 평행한 곳에 위치한다.In addition, the second arc boundary point P2 is one intersection point located at the distal end of the arc boundary line 134 and is located parallel to the first arc boundary point P1.

구체적으로 설명하면, 제 1아크경계점(P1)은 용접부토치의 끝단 부분과 가까운 곳에 위치한 바운딩박스(135)의 윗변 중심에 위치한 중점이며, 제2 아크경계점(P2)은 바운딩박스(135)의 아랫변의 중심에 위치한 중점이며, 바운딩박스(135)의 아랫변은 윗변과 평행하다.Specifically, the first arc boundary point P1 is a midpoint located at the center of the upper side of the bounding box 135 located close to the tip of the welding torch, and the second arc boundary point P2 is the lower part of the bounding box 135. It is a midpoint located at the center of the side, and the lower side of the bounding box 135 is parallel to the upper side.

아크수직선(L1)은 제1 아크경계점(P1)과 제2아크경계점(P2)을 최단거리로 연결한 선이다.The arc vertical line L1 is a line connecting the first arc boundary point P1 and the second arc boundary point P2 with the shortest distance.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 아크이진화영상(133)을 나타낸 확대도이다.7 is an enlarged view showing an arc binarized image 133 of a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.

구체적으로 도 7을 참조하면 용접전극선(L2)은 제1 아크경계점(P1)으로부터 지면과 수직인 선이다.Specifically, referring to FIG. 7, the welding electrode line L2 is a line perpendicular to the ground from the first arc boundary point P1.

또한, 제1아크경계점(P1)은 아크수직선(L1)과 용접전극선(L2)이 만나는 점이며, 아크쏠림각도값(α)는 아크수직선(L1)과 용접전극선(L2)가 이루는 각도이고, 아크수직선(L1)은 아크(10)가 쏠린방향을 도시한다. 또한 용접전극선(L2)는 아크수직선(L1)과의 각도인 아크쏠림각도값(α)을 측정하기 위한 기준선이다.In addition, the first arc boundary point (P1) is a point where the arc vertical line (L1) and the welding electrode line (L2) meet, and the arc tilting angle value (α) is an angle formed by the arc vertical line (L1) and the welding electrode line (L2), The arc vertical line L1 shows the direction in which the arc 10 is inclined. In addition, the welding electrode line (L2) is a reference line for measuring the arc tilt angle value (α), which is an angle with the arc vertical line (L1).

도 7내지 도9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림방지 및 제어방법의 아크쏠림각도값(α) 측정결과를 나타낸 예시영상이다. 여기서 도7의 (a)는 아크(10)가 왼쪽방향으로 휘어진 용접부주변영상(121)을 도시한다. 도 7의 (b)에 도시된 아크쏠림각도값(α)은 20.55°이다.7 to 9 are example images showing the result of measuring the arc tipping angle value (α) of the arc tipping prevention and control method based on image processing according to an embodiment of the present invention. Here, (a) of FIG. 7 shows an image 121 around a welding part in which the arc 10 is bent in the left direction. The arc tilt angle value α shown in FIG. 7(b) is 20.55°.

도8의 (a)는 아크(10)가 오른쪽방향으로 휘어진 용접부주변영상(121)을 도시한다. 도 8의 (a)에 대한 아크쏠림각도값(α)은 15.95°로서 도 8의 (b)에 도시된다.Fig. 8(a) shows an image 121 around a welding part in which the arc 10 is bent in the right direction. The arc tilt angle value α for FIG. 8 (a) is 15.95° and is shown in FIG. 8 (b).

도 9의 (a)는 아크쏠림이 없거나 미세하게 휘어진 용접부주변영상(121)에 대한 영상이고, 도 9의 (a)에 대한 아크쏠림각도값(α)이 3.87°임을 도 9의 (b)를 통해 확인할 수 있다.(a) of FIG. 9 is an image of the image 121 around the welding part where there is no arc tipping or is slightly curved, and the arc tipping angle value (α) of FIG. 9 (a) is 3.87° (b) of FIG. 9 can be checked through

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S300)를 나타낸 순서도이다. 10 is a flowchart illustrating detailed steps (S300) of a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.

구체적으로 상기 (c) 단계(S300)는, (c1) PID제어부(140)가 아크영상처리부(130)로부터 전송되는 아크쏠림각도값(α)을 수신하는 단계(S310), (c2) PID제어부(140)가 기설정된 아크쏠림각도값에서 아크쏠림각도값(α)을 뺀 상기 오차보정값을 연산하는 단계(S320) 및 (c3) PID 제어부(140)가 오차보정값을 이용하여 아크각도조절부(150)의 동작을 제어하는 단계(S330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the step (c) (S300) includes: (c1) the PID control unit 140 receiving the arc tilt angle value (α) transmitted from the arc image processing unit 130 (S310); (c2) the PID control unit Step 140 calculating the error correction value obtained by subtracting the arc tilt angle value α from the preset arc tilt angle value (S320), and (c3) the PID controller 140 adjusting the arc angle using the error correction value. It is characterized in that it includes a step (S330) of controlling the operation of the unit 150.

상기한 (c2) 내지 (c3) 단계에서, PID제어부(140)는 기설정된 아크쏠림각도값에서 아크쏠림각도값(α)을 뺀 오차보정값을 산출한다. In the above steps (c2) to (c3), the PID controller 140 calculates an error correction value by subtracting the arc tilt angle value α from the preset arc tilt angle value.

이에 따라, PID 제어부(140)는 산출된 오차보정값에 따라 기어(153)의 회전수와 기어(153)의 회전방향을 제어함에 따라 렉기어(151)의 이동방향 및 이동거리가 변경되어 아크쏠림을 조절하여 아크쏠림각도값(α)이 기설정된 아크쏠림각도값이 될 수 있도록 보정한다.Accordingly, the PID control unit 140 controls the number of rotations of the gear 153 and the rotation direction of the gear 153 according to the calculated error correction value, so that the moving direction and the moving distance of the leg gear 151 are changed so that the arc By adjusting the tilt, the arc tilt angle value α is corrected so that it can become a preset arc tilt angle value.

예를 들어, 기설정된 아크쏠림각도의 방향이 좌측이고, 아크쏠림각도의 방향이 우측이면 아크쏠림각도가 좌측방향으로 움직여야함으로, 기설정된 아크쏠림각도값과 아크쏠림각도값(α)을 합하여 오차보정값을 도출해야한다.For example, if the direction of the preset arc tilt angle is to the left and the direction of the arc tilt angle is to the right, the arc tilt angle should move to the left, so the error is obtained by adding the preset arc tilt angle value and the arc tilt angle value (α). A correction value must be derived.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 세부적인 단계(S400)를 나타낸 순서도이다.11 is a flowchart illustrating detailed steps (S400) of a method for preventing and controlling arc pull based on image processing according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 상기 (d)단계는, (d1) 상기 아크각도조절부(150)가 상기 PID 제어부(140)에 의해 좌우방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 단계(S410), 및 (d2) 상기 아크각도조절부(150)가 상기 용접부(120)로부터 토치되는 아크(10)의 각도를 조절하는 단계(S420)를 포함한다.Specifically, the step (d) includes: (d1) moving the arc angle adjusting unit 150 in at least one of left and right directions by the PID control unit 140 (S410); and (d2) The arc angle adjusting unit 150 adjusts the angle of the arc 10 torched from the welding part 120 (S420).

상기 (d1) 내지 (d2) 단계에서, 아크각도조절부(150)는 PID제어부(140)로부터 이동거리를 수신 받아 동력전달부로 전달한다.In the steps (d1) to (d2), the arc angle adjusting unit 150 receives the movement distance from the PID control unit 140 and transmits it to the power transmission unit.

동력을 전달받은 모터(미도시)는 기어(153)를 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시켜 기어(153)와 맞물린 렉기어(151)를 움직이게 한다. 예를 들어, 기어(153)가 반시계방향으로 회전을 하면, 렉기어(151)는 우측으로 움직이고, 기어(153)가 시계방향으로 회전을 하면, 렉기어(151)는 좌측으로 움직인다.A motor (not shown) receiving power rotates the gear 153 counterclockwise or clockwise to move the leg gear 151 meshed with the gear 153 . For example, when the gear 153 rotates counterclockwise, the leg gear 151 moves to the right, and when the gear 153 rotates clockwise, the leg gear 151 moves to the left.

좌우로 움직이는 렉기어(151)는 양단에 각각 위치조절바(152)가 형성되어 있으며, 위치조절바(152)의 하단에는 한 쌍의 고자성체(154)가 결합되어 있다.Positioning bars 152 are formed at both ends of the leg gear 151 moving left and right, and a pair of high magnetic materials 154 are coupled to the lower end of the positioning bar 152.

위치조절바(152)하단에 결합된 한쌍의 고자성체(154)는 자기장을 띄고 있으며, 한쌍의 고자성체(154)의 자기장을 통해 아크(10)의 방향을 용접하는 방향과 동일한 방향으로 제어하여 용접을 올바르게 실시 할 수 있다.A pair of high magnetic materials 154 coupled to the lower end of the positioning bar 152 have a magnetic field, and the direction of the arc 10 is controlled in the same direction as the welding direction through the magnetic field of the pair of high magnetic materials 154. Welding can be done correctly.

도12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법의 아크각도조절부를 나타낸 정면도이다.12 is a front view illustrating an arc angle adjusting unit of a method for preventing and controlling arc tipping based on image processing according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 아크각도조절부(150)는 톱니를 포함한 렉기어(151), 위치조절바(152) 및 기어(153)를 포함한다.Referring to FIG. 12 , the arc angle adjusting unit 150 includes a leg gear 151 including teeth, a positioning bar 152 and a gear 153.

렉기어(151)는 결합된 기어(153)의 회전에 의해 좌우로 이동될 수 있다.The leg gear 151 may be moved left and right by rotation of the coupled gear 153 .

위치조절바(152)는 렉기어(151)의 양단으로부터 하방으로 연장형성된다. 또한, 위치조절바(152)는 사각바로 형성되어 있으며, 이러한 위치조절바(152)의 하단에 한 쌍의 고자성체(154)가 설치된다. The position control bar 152 extends downward from both ends of the leg gear 151. In addition, the position control bar 152 is formed of a square bar, and a pair of high magnetic materials 154 are installed at the lower end of the position control bar 152.

기어(153)는 렉기어(151)에 형성된 톱니와 맞물리도록 체결되고, 렉기어(151) 상에 위치한다. 또한, 기어(153)는 x축, y축, z축 방향으로 구속되고, 회전만 가능하다.The gear 153 is engaged with teeth formed on the leg gear 151 and is positioned on the leg gear 151 . In addition, the gear 153 is constrained in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, and can only rotate.

이를 위한 기어(153)에는 모터(미도시)와 같은 동력전달부(미도시)가 연결될 수 있다.A power transmission unit (not shown) such as a motor (not shown) may be connected to the gear 153 for this purpose.

이에 따른 기어(153)는 PID제어부(140)의 제어에 따라 회전하는 모터에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 렉기어(151)를 좌측방향 또는 우측방향으로 이동시킨다.Accordingly, the gear 153 rotates clockwise or counterclockwise by a motor that rotates under the control of the PID controller 140 to move the leg gear 151 leftward or rightward.

고자성체(154)는 위치조절바(152)의 하단에 각각 결합된다. 상기한 한 쌍의 고자성체(154) 사이에 형성되는 자기장으로 아크(10)의 방향을 좌우로 조절한다.The high magnetic material 154 is coupled to the lower end of the position control bar 152, respectively. The direction of the arc 10 is controlled left and right by the magnetic field formed between the pair of high magnetic materials 154 described above.

상기한 과정에 따라 렉기어(151) 양단에 설치된 위치조절바(152)는 렉기어(151)를 따라 좌측으로 이동하고, 위치조절바(152)의 하단에 설치된 고자성체(154)가 자기장을 생성하여 아크(10)의 끝단을 좌측으로 회전시킴으로써 용접부(120)가 정상적인 용접이 가능할 수 있도록 보정한다.According to the above process, the positioning bar 152 installed at both ends of the leg gear 151 moves to the left along the leg gear 151, and the high magnetic material 154 installed at the lower end of the positioning bar 152 controls the magnetic field. By generating and rotating the end of the arc 10 to the left, the welding part 120 is corrected so that normal welding is possible.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 아크쏠림각도 제어시스템
110: 촬영부
120: 용접부
121: 용접부주변영상
130: 아크영상처리부
131: 용접부 및 아크에 대한 아크컬러영상
132: 아크변환영상
133: 아크이진화영상
133: 아크경계선
134: 바운딩박스
140: PID 제어부
150: 아크각도조절부
151: 렉기어
152: 위치조절바
153: 기어
154: 고자성체
10: 아크
P1: 제1 아크경계점
P2: 제2 아크경계점
L1: 아크수직선
L2: 용접전극선
α: 아크쏠림각도값100: arc tilt angle control system
110: shooting unit
120: welding part
121: image around the weld
130: arc image processing unit
131: arc color image for welding and arc
132: arc conversion image
133: arc binarization image
133: arc boundary line
134: bounding box
140: PID control unit
150: arc angle adjusting unit
151: rack gear
152: position control bar
153: gear
154: high magnetic body
10: Arc
P1: first arc boundary point
P2: 2nd arc boundary point
L1: arc vertical line
L2: welding electrode line
α: Arc deflection angle value

Claims (12)

(a) 촬영부가 용접부 및 상기 용접부의 주변을 촬영하여 용접부주변영상을 획득하는 단계;
(b) 아크영상처리부가 상기 용접부주변영상을 영상처리하여 아크쏠림각도값을 측정하는 단계;
(c) PID제어부가 상기 아크쏠림각도값을 기반으로 연산된 오차보정값을 이용하여 아크각도조절부의 동작을 제어하는 단계;
(d) 상기 아크각도조절부가 상기 PID제어부에 의해 동작하면서 상기 용접부로부터 토치되는 아크의 각도를 조절하는 단계; 및
(e) 상기 조절된 아크 각도에 따라 상기 용접부가 용접을 수행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어방법.
(a) obtaining an image around the welded portion by a photographing unit photographing the welded portion and the vicinity of the welded portion;
(b) an arc image processing unit image-processing an image around the welding portion to measure an arc tilt angle value;
(c) controlling the operation of the arc angle adjusting unit by the PID control unit using an error correction value calculated based on the arc tilt angle value;
(d) adjusting the angle of the arc torched from the welding part while the arc angle adjusting part is operated by the PID control part; and
(e) performing welding by the welding part according to the adjusted arc angle; Arc bias prevention and control method based on image processing, characterized in that it comprises a.
 제 1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
(b1) 상기 아크영상처리부가 상기 용접부주변영상에서 상기 용접부 및 아크에 대한 아크컬러영상을 추출하는 단계;
(b2) 상기 아크영상처리부가 상기 아크컬러영상에서 아크를 제외한 주변영역을 흑백으로 변환하여 아크변환영상을 생성하는 단계; 및
(b3) 상기 아크영상처리부가 상기 아크변환영상에 임계값을 적용하여 상기 아크변환영상의 밝기를 극대화하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어방법.
According to claim 1,
In step (b),
(b1) extracting, by the arc image processing unit, an arc color image for the welding part and the arc from the image surrounding the welding part;
(b2) converting, by the arc image processing unit, an arc-converted image by converting a peripheral area excluding the arc from the arc color image into black and white; and
(b3) maximizing brightness of the arc-converted image by the arc image processing unit by applying a threshold to the arc-converted image; Arc bias prevention and control method based on image processing, characterized in that it comprises a.
 제 2항에 있어서,
상기 (b3)단계에서,
상기 아크영상처리부는 이진화영상 알고리즘에 상기 아크변환영상을 적용하고 상기 아크변환영상에서 추출된 임계값과 기설정된 임계값을 비교하여 상기 아크변환영상을 이진화시키며,
상기 기설정된 임계값은 0 내지 255이고,
상기 이진화영상 알고리즘은 상기 아크변환영상 중 일부에서 추출된 임계값이 0내지 127에 해당될 경우, 상기 아크변환영상 중 일부를 0으로 이진화하여 검정색으로 표시하고,
상기 아크변환영상 중 다른 일부에서 추출된 임계값이 128 내지 255에 해당될 경우, 상기 아크변환영상 중 다른 일부를 1로 이진화하여 흰색으로 표시함과 동시에 상기 아크변환영상의 밝기를 극대화하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법.
According to claim 2,
In step (b3),
The arc image processing unit applies the arc-converted image to a binary image algorithm and compares a threshold value extracted from the arc-converted image with a preset threshold value to binarize the arc-converted image,
The preset threshold is 0 to 255,
In the binarization image algorithm, when the threshold value extracted from some of the arc conversion images corresponds to 0 to 127, some of the arc conversion images are binarized to 0 and displayed in black,
When the threshold value extracted from another part of the arc conversion image corresponds to 128 to 255, the other part of the arc conversion image is binarized to 1 and displayed in white, while maximizing the brightness of the arc conversion image. A method for preventing and controlling arc tipping based on image processing.
 제 2항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
(b4) 상기 아크영상처리부가 상기 아크변환영상의 최외곽선인 아크경계선을 검출하는 단계;
(b5) 상기 아크영상처리부가 상기 아크경계선의 적어도 일부와 접하도록 상기 아크경계선을 둘러싸는 바운딩박스를 검출하는 단계; 및
(b6) 상기 아크영상처리부가 상기 아크경계선과 상기 바운딩박스에 접하는 제1, 2 아크경계점을 검출 후 제1,2 아크경계점을 최단거리로 연결하는 아크수직선을 검출하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법.
According to claim 2,
In step (b),
(b4) detecting, by the arc image processing unit, an arc boundary line that is the outermost line of the arc converted image;
(b5) detecting, by the arc image processing unit, a bounding box surrounding the arc boundary line so as to contact at least a part of the arc boundary line; and
(b6) detecting, by the arc image processing unit, first and second arc boundary points contacting the arc boundary line and the bounding box, and then detecting a vertical arc line connecting the first and second arc boundary points with the shortest distance; Arc tipping prevention and control method based on image processing, characterized in that it further comprises.
 제 4항에 있어서,
상기 (b)단계는,
(b7) 상기 아크영상처리부가 지면과 수직하면서 상기 제 1, 2 아크경계점 중 상기 용접부와 인접한 아크경계점을 지나는 용접전극선을 검출하는 단계
(b8) 상기 아크영상처리부가 상기 용접전극선과 상기 아크수직선이 이루는 아크쏠림각도값을 측정하는 단계; 및
(b9) 상기 아크영상처리부가 상기 아크쏠림각도값을 PID제어부로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어 방법.
According to claim 4,
In step (b),
(b7) detecting a welding electrode line passing through an arc boundary point adjacent to the welding part among the first and second arc boundary points while being perpendicular to the ground by the arc image processing unit
(b8) measuring, by the arc image processing unit, an arc deflection angle value formed by the welding electrode line and the arc vertical line; and
(b9) the arc image processing unit transmitting the arc tilting angle value to a PID control unit; Arc tipping prevention and control method based on image processing, characterized in that it further comprises.
 제 1항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기 PID제어부가 상기 아크영상처리부로부터 전송되는 상기 아크쏠림각도값을 수신하는 단계;
(c2) 상기 PID제어부가 기설정된 상기 아크쏠림각도값에서 상기 아크쏠림각도값을 뺀 상기 오차보정값을 연산하는 단계; 및
(c3) 상기 PID제어부가 상기 오차보정값을 이용하여 상기 아크각도조절부의 동작을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어방법.
According to claim 1,
In step (c),
(c1) receiving, by the PID control unit, the arc tilt angle value transmitted from the arc image processing unit;
(c2) calculating the error correction value obtained by subtracting the arc tilt angle value from the arc tilt angle value set by the PID control unit; and
(c3) controlling an operation of the arc angle adjuster by the PID control unit using the error correction value; and an arc bias prevention and control method based on image processing, characterized in that it includes.
 제1항에 있어서,
상기 (d)단계는,
(d1) 상기 아크각도조절부가 상기 PID제어부에 의해 좌우방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 단계; 및
(d2) 상기 아크각도조절부가 상기 용접부로부터 토치되는 아크의 각도를 조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림 방지 및 제어방법.
According to claim 1,
In step (d),
(d1) moving the arc angle adjuster in at least one of left and right directions by the PID control unit; and
(d2) adjusting the arc angle of the arc being torched from the welding part by the arc angle adjusting unit; Arc bias prevention and control method based on image processing, characterized in that it comprises a.
 아크 및 용접부를 촬영하여 용접부주변영상을 획득하고 아크영상처리부로 전송하는 촬영부;
상기 촬영부에서 수신받은 상기 용접부주변영상을 영상처리하여 아크쏠림각도값을 측정하고 상기 아크쏠림각도값을 PID제어부로 전송하는 아크영상처리부;
상기 아크영상처리부로부터 수신받은 아크쏠림각도값과 기설정된 아크쏠림각도값을 뺀 오차보정값을 산출하여 아크각도조절부로 전송하는 PID제어부; 및
상기 PID제어부로부터 수신받은 상기 오차보정값을 기반으로 아크쏠림을 제어하는 아크각도조절부;를 포함하고,
상기 아크각도조절부는 상기PID제어부로부터 이동신호를 전달받아 좌우방향 중 하나의 방향으로 이동하여 아크의 쏠림 제어하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림각도 제어시스템.
a photographing unit for capturing an arc and a welding part, acquiring an image around the welding part, and transmitting the image to the arc image processing unit;
an arc image processing unit which processes the image received from the photographing unit around the welding part to measure an arc shear angle value and transmits the arc shear angle value to a PID control unit;
a PID control unit for calculating an error correction value obtained by subtracting the arc tilt angle value received from the arc image processing unit and a preset arc tilt angle value, and transmitting the calculated error correction value to the arc angle adjusting unit; and
An arc angle adjusting unit for controlling arc tipping based on the error correction value received from the PID control unit;
The arc tilting angle control system based on image processing, characterized in that the arc angle adjusting unit controls the tilting of the arc by moving in one of the left and right directions by receiving the movement signal from the PID control unit.
 제 8항에 있어서,
상기 아크영상처리부는,
상기 용접부주변영상에서
바운딩박스 상기 아크경계선과 최외곽선과 접하고, 상기 바운딩박스가 상기 아크경계선과 접하여 이루는 면적이 최소화하도록 하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크쏠림각도 제어시스템.
According to claim 8,
The arc image processing unit,
In the image around the weld
An arc tilt angle control system based on image processing, characterized in that the bounding box is in contact with the arc boundary line and the outermost line, and the area formed by the bounding box in contact with the arc boundary line is minimized.
 톱니를 포함하고, PID제어부에서 수신된 이동신호를 기반으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 기어;
상기 기어의 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 좌우방향으로 움직이는 렉기어;
상기 렉기어의 양단으로부터 형성된 위치조절바; 및
하방으로 연장형성되어 있는 한 쌍의 고자성체;
상기 한 쌍의 고자성체는 자기장을 형성하여 아크의 방향을 좌우로 제어하여 아크의 쏠림을 제어하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크각도조절장치
A gear that includes teeth and rotates clockwise or counterclockwise based on the movement signal received from the PID control unit;
a leg gear that moves left and right as the gear rotates clockwise or counterclockwise;
Position control bars formed from both ends of the leg gear; and
A pair of high magnetic materials extending downward;
The pair of high magnetic materials form a magnetic field to control the direction of the arc to the left and right to control the tilting of the arc. Arc angle adjusting device based on image processing, characterized in that
 제 10항에 있어서,
상기 기어는 상기 렉기어 상에 위치하여 x축, y축, z축방향으로 구속되고, z축을 기준으로 회전하고,
상기 렉기어는,
상기 기어와 맞물려, 상기 기어의 회전에 의해 좌우방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크각도조절장치.
According to claim 10,
The gear is located on the leg gear, constrained in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, and rotates about the z-axis,
The leg gear,
An arc angle adjusting device based on image processing, characterized in that engaged with the gear and moving in at least one of left and right directions by rotation of the gear.
 제 10항에 있어서,
상기 위치조절바는,
상기 렉기어의 양단으로부터 하방으로 연장형성되어 있고,
상기 위치조절바의 하단에 한 쌍의 고자성체를 결합하는 것을 특징으로 하는 영상처리를 기반으로 한 아크각도조절장치.According to claim 10,
The position control bar,
It extends downward from both ends of the leg gear,
An arc angle adjusting device based on image processing, characterized in that for coupling a pair of high magnetic materials to the lower end of the positioning bar.
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