KR20230158321A - 용접 정보 제공 장치 - Google Patents

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허문영
허성원
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주식회사 오토스윙
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 사용자가 착용 가능하도록 구비된 본체, 상기 본체 외측에 장착되고, 용접 작업에 대한 용접 영상 프레임을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 포함하는 카메라부, 상기 본체 내부에 배치되며, 용접 영상을 제공하는 영상 생성부, 상기 영상 생성부로부터 제공된 상기 용접 영상의 경로를 변경하여 상기 사용자의 눈으로 안내하되, 상기 사용자의 좌안에 이르는 제1 경로 및 상기 사용자의 우안에 이르는 제2 경로로 분할하여 안내하는 경로 변경부, 상기 용접 영상을 투과하여 상기 사용자에게 제공하되, 상기 제1 경로상에 배치되는 제1 표시부 및 상기 제2 경로상에 배치되는 제2 표시부를 포함하는 표시부, 상기 표시부로부터 투과된 상기 용접 영상의 크기를 조절하여 상기 사용자에게 제공하되, 상기 제1 경로상에 배치되는 제1 렌즈부 및 상기 제2 경로상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함하는 렌즈부 및 상기 용접 영상 프레임을 기초로 상기 용접 영상을 생성하도록 상기 영상 생성부를 제어하는 프로세서를 포함하는 용접 정보 제공 장치를 제공한다.

Description

용접 정보 제공 장치{Welding information providing apparatus}
본 발명의 실시예는 용접 정보 제공 장치에 관한 것이다.
용접 공정시 발생하는 빛과 고열 등으로부터 사용자를 보호하기 위해 보호구를 착용한다. 보호구를 착용한 상태에서 사용자는 보호구를 통해서 용접이 진행되는 것만 확인할 수 있을 뿐이므로, 용접 장치에 설정된 조건들과 같은 용접을 위한 다양한 정보들을 확인하기 위해서는 보호구를 탈거하여 육안으로 확인해야 하는 번거로움이 있다.
사용자의 숙련도가 높지 않은 경우, 특히, 자동 용접면 및 수동 용접면 착용 시 용접 광에 인접한 부분만 사용자가 볼 수 있고, 용접 주변 환경 등 구체적인 용접 상황을 인지하기 어렵다. 이에 따라, 사용자에게 용접 주변 환경까지 사용자가 시각적으로 확인할 수 있는 고화질 영상을 제공하고, 사용자에게 용접 상태 정보에 대하여 구체적인 정보를 제공할 필요가 있다.
더욱이 용접 작업 시에는 용접광 스팟의 조도/휘도가 매우 높아, 용접광 스팟으로부터 사용자의 눈을 보호하고 용접 작업이 원활하게 이뤄지도록 흑화 필터를 사용하는 데, 이 경우, 용접광 스팟 이외의 다른 영역은 전혀 보이지 않게 되어 용접 작업이 매우 어렵게 될 뿐 아니라, 용접의 정확도가 오히려 저하될 수 있다.
위와 같은 문제는 용접 작업뿐 아니라, 레이저 광과 같은 고휘도/고조도의 광을 이용한 피부 시술 및/또는 진료 시에도 의료진에게 동일한 문제를 줄 수 있고, 다른 고휘도/고조도 광을 이용한 작업에서도 동일하게 문제가 된다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 사용자에게 용접 스팟 뿐 아니라, 용접 주변 환경을 보여줘 사용자의 용접 정확도를 향상시키도록 할 수 있는 용접 정보 제공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자가 착용하는 보호구의 크기를 컴팩트화하면서도 해상도가 높은 영상을 사용자에게 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예는, 사용자가 착용 가능하도록 구비된 본체, 상기 본체 외측에 장착되고, 용접 작업에 대한 용접 영상 프레임을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 포함하는 카메라부, 상기 본체 내부에 배치되며, 용접 영상을 제공하는 영상 생성부, 상기 영상 생성부로부터 제공된 상기 용접 영상의 경로를 변경하여 상기 사용자의 눈으로 안내하되, 상기 사용자의 좌안에 이르는 제1 경로 및 상기 사용자의 우안에 이르는 제2 경로로 분할하여 안내하는 경로 변경부, 상기 용접 영상을 투과하여 상기 사용자에게 제공하되, 상기 제1 경로상에 배치되는 제1 표시부 및 상기 제2 경로상에 배치되는 제2 표시부를 포함하는 표시부, 상기 표시부에 투과된 상기 용접 영상의 크기를 조절하여 상기 사용자에게 제공하되, 상기 제1 경로상에 배치되는 제1 렌즈부 및 상기 제2 경로상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함하는 렌즈부 및 상기 용접 영상 프레임을 기초로 상기 용접 영상을 생성하도록 상기 영상 생성부를 제어하는 프로세서를 포함하는 용접 정보 제공 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경로 변경부는 상기 용접 영상을 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로로 분할하여 제공하는 제1 경로 변경부를 포함하고, 상기 제1 경로 변경부는 엑스큐브(x-cube) 프리즘일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경로 변경부는 제1 경로 변경부로부터 분할되어 제공되는 상기 용접 영상의 경로를 1차로 변경하는 제2 경로 변경부 및 상기 제2 경로 변경부로부터 변경된 상기 용접 영상의 경로를 2차로 변경하여 상기 표시부로 제공하는 제3 경로 변경부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표시부는 상기 제3 경로 변경부와 상기 렌즈부의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표시부는 상기 제3 경로 변경부보다 상기 렌즈부에 더 인접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표시부와 상기 렌즈부 사이의 거리는 상기 렌즈부의 초점 거리보다 짧을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 렌즈부는 상기 표시부로부터 투과된 상기 용접 영상을 상기 사용자의 전방에 허상(virtual image)으로 투영할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 영상 생성부는 상기 용접 영상 정보를 포함하는 광을 생성하는 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널로부터의 광을 확산시키는 광학계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 디스플레이 패널은 실리콘 액정 디스플레이(liquid crystal on silicon; LCoS)를 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 용접 정보 제공 장치는 경로 변경 유닛을 통해 용접 영상의 경로를 변경시켜 사용자에게 제공함으로써, 선명한 용접 영상을 제공하면서 본체의 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 용접 정보 제공 장치는 사용자의 좌안 및 우안을 위한 허상을 별개로 형성함으로써, 실제 작업 현장과의 이질감이나 위화감을 최소화시켜 사용자에게 용접 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시스템의 구성요소를 설명하기 위한 간략한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV’선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 영상의 제공 경로를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서 유닛, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 유닛, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하의 실시예에서 연결하다 또는 결합하다 등의 용어는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 반드시 두 부재의 직접적 및/또는 고정적 연결 또는 결합을 의미하는 것은 아니며, 두 부재 사이에 다른 부재가 개재된 것을 배제하는 것이 아니다.
명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 용접 시스템(10)은 용접 정보 제공 장치(100) 및 용접 토치(200)를 포함할 수 있다. 용접 정보 제공 장치(100) 및 용접 토치(200)는 서로 통신망으로 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. 용접 정보 제공 장치(100)와 용접 토치(200)는 1대1로 매칭되어 동작할 수 있으나, 이에 한정하지 않고, 1 대 n으로 대응되어 동작할 수도 있다. 즉, 1대의 용접 정보 제공 장치(100)에 n대의 용접 토치(200)들이 연결되어 구현될 수 있고, n대의 용접 정보 제공 장치(100)에 1대의 용접 토치(200)들이 연결되어 구현될 수 있다. 뿐만 아니라, 용접 정보 제공 장치(100) 및 용접 토치(200)는 별도의 서버(미도시)와 통신하여 데이터를 주고받을 수 있다.
용접 정보 제공 장치(100)는 용접 상황에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 구체적으로, 용접 정보 제공 장치(100)는 용접 정보 제공 장치(100)의 카메라부에 포함된 적어도 하나의 카메라 모듈을 이용하여 용접 이미지를 획득하고, 이를 기초로 합성 영상을 생성하여 사용자에게 디스플레이할 수 있다. 용접 정보 제공 장치(100)는 HDR(High Dynamic Range) 기술을 이용하여 합성 영상을 생성할 수 있고, 고화질의 합성 영상을 사용자에게 디스플레이하여 제공할 수 있다. 이때, 사용자는 고화질 합성 영상을 통해 용접 비드의 형태 및 용접광과 인접한 부분 외의 주변 환경에 대한 정보를 시각적으로 확인 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치(100)는 사용자의 시야와 동등한 위치에 카메라부를 배치시켜 용접 이미지를 획득할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치(100)는 사용자가 작업 현장을 직접 바라볼 때와 유사한 용접 이미지를 획득함으로써, 보다 정확한 용접 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치(100)는 고화질 용접 영상을 합성하여 제공할 수 있는데, 이를 위해 2개 이상의 카메라 모듈을 통해 영상을 획득하고 각각의 영상을 적어도 하나의 표시부를 통해 디스플레이 할 수 있다. 예를 들어, 카메라부는 2개의 카메라를 구비할 수 있는데, 이 경우 각각 사용자의 좌안과 우안에 대응되는 위치에 배치될 수도 있다.
용접 정보 제공 장치(100)는 각각의 카메라의 셔터스피드, ISO 감도, 게인(Gain) 값을 다르게 하여 반복적으로 촬영하여 영상을 합성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치(100)는 합성 영상에 대조비 처리를 수행하여, 화질을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 용접 정보 제공 장치(100)는 RGB를 이용하여 선호하는 색상(예를 들어, 그린, 블루)으로 용접 정보를 표시하는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 용접 정보 제공 장치(100)는 돋보기 도수 보정 기능(예를 들어, 화면 확대 및 축소)을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 용접 정보 제공 장치(100)는 별도의 열화상 카메라를 이용하여 온도 합성 영상을 제공할 수 있다. 이때, 용접 정보 제공 장치(100)는 색상으로 용접 온도를 표시할 수 있다. 본 발명의 용접 정보 제공 장치(100)는 상술한 모든 기능에 대하여 소리(예를 들면, 안내 알람) 또는 안내 음성으로 제공하는 기능을 지원할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용접 토치(200)는 실시간 용접 작업에 대한 용접 온도, 용접 방향, 용접 기울기, 용접 속도 및 모제와 용접 토치 간의 간격 등을 포함하는 용접 상황을 적어도 하나의 센서를 통해 감지할 수 있다. 용접 토치(200)는 토치의 상태를 모니터링할 수 있고, 용접 상황에 따라 토치 작업의 설정 값을 변경할 수 있다.
본 발명의 용접 정보 제공 장치(100)는 용접 토치(200)와 연결된 통신망을 통해 용접 토치(200)로부터 작업 설정 및 작업 상태에 대한 정보를 수신할 수 있고, 수신한 용접 정보를 기초로 사용자에게 작업 정보를 시각적 피드백을 통해 제공할 수 있다.
예를 들어, 용접 정보 제공 장치(100)는 용접 온도 값에 대한 센싱 정보를 수신하면, 불빛, 진동, 메시지 등의 다양한 방식으로, 온도 값과 대응되는 알림을 출력할 수 있다. 이때, 알림은 용접 정보 제공 장치(100)의 표시부에 제공되는 시각적 피드백일 수 있고, 소리(예를 들면, 안내 알람) 또는 안내 음성을 통한 청각적인 피드백일 수 있다.
한편, 온도 값에 대한 센싱 정보는 기 설정된 온도 범위를 초과하는지 여부 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 온도 값에 대한 센싱 정보는 용접면의 온도 값과 대응되는 수치, 등급, 레벨 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치(100)는 토치 및 용접면의 온도 값이 기 설정된 온도 범위를 벗어나는 것으로 판단하면, 사용자에게 작업을 중지할 것을 안내할 수 있다. 기 설정된 온도 범위를 벗어나는 용접의 경우, 품질 저하의 위험이 있으며, 이에 사용자가 토치의 온도값을 조절할 수 있도록 안내할 수 있다.
이때, 시각적 피드백은 작업 현장을 디스플레이하고 있는 용접 정보 제공 장치(100)의 표시부 일부 영역에 위험함을 나타내는 아이콘을 제공하는 것일 수 있다. 또 다른 예로, 용접 정보 제공 장치(100)는 표시부 화면 전체를 특정 색상(예를 들면, 레드)에 대한 채도를 증가 및 감소를 반복함으로써, 시각적 피드백을 통한 작업 중지 안내를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접 정보 제공 장치(100)는 용접 토치(200)에 포함된 적어도 하나의 센서 외에도, 용접 정보 제공 장치(100)에 포함된 센서를 통해 용접 정보를 감지할 수 있다. 이때, 용접 정보는 실시간 용접 작업과 관련한 광 정도, 용접 온도, 용접 방향, 용접 기울기, 용접 속도 및 모제와 용접 토치 간의 간격 등을 포함하는 용접 상황을 적어도 하나의 센서를 통해 감지할 수 있다.
마찬가지로, 용접 정보 제공 장치(100)는 용접 정보 제공 장치(100)에 포함된 센서를 통해서 감지한 용접 정보에 기초하여 용접 정보에 대응하는 가이딩을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접 정보 제공 장치(100)는 작업 중지에 대한 안내가 제공된 이후, 기설정된 사용자의 움직임 또는 기설정된 사용자의 음성 등을 센싱하여 용접 토치(200)의 동작을 변경할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 용접 정보 제공 장치(100)는 용접 토치(200)와의 통신이 원활하지 못한 상태에서는 자체적으로 구비된 이미지 센싱을 통해 토치 및 용접면의 온도 값을 획득할 수 있다. 일례로, 용접 정보 제공 장치(100)는 열화상 카메라를 통해 획득한 이미지 데이터를 기초로 토치 및 용접면의 온도값을 획득할 수 있다.
상술한 예시는 용접 토치(200)로부터 수신한 정보가 용접 온도 정보인 경우만을 기술한 것일 뿐, 용접 정보 제공 장치(100)는 다양한 용접 정보에 대한 가이딩을 제공할 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시스템의 구성요소를 설명하기 위한 간략한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치의 사시도이며, 도 4는 도 3의 IV-IV'선을 따라 절취한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 용접 시스템(10)은 용접 정보 제공 장치(100) 및 용접 토치(200)를 포함할 수 있다. 용접 정보 제공 장치(100)는 본체(101), 카메라부(110), 영상 생성부(120), 경로 변경부(130), 표시부(140), 렌즈부(150), 프로세서(160), 센서부(170) 및 통신부(190)를 포함할 수 있다. 또한, 용접 정보 제공 장치(100)는 본체(101)의 배면에 배치되어 용접 정보 제공 장치(100)를 사용자의 두부(頭部)에 고정하는 고정부(180)를 포함할 수 있다.
본체(101)는 사용자의 얼굴을 보호하기 위한 것으로 사용자가 착용가능하도록 구비될 수 있다. 본체(101)는 소정의 강도를 갖는 소재, 예컨대 강화 플라스틱 등으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 용접시 발생할 수 있는 스파크와 같은 요소에 저항성이 있는 소재라면 다양하게 사용할 수 있다.
본체(101)는 본체(101)의 내측에 구비된 고정부(180)를 통해 사용자의 두부에 고정될 수 있다. 고정부(180)는 헤드 기어와 같이 복수의 리브들을 포함하는 구조를 가질 수 있으며, 작업자의 두부와 직접 접촉하는 내측면의 적어도 일부에는 섬유재나 쿠션재와 같은 부드러운 소재를 포함한 요소가 배치될 수 있다.
카메라부(110)는 본체(101) 외측에 장착되고, 용접 작업에 대한 용접 영상 프레임을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다.
카메라부(110)는 프로세서(160)로부터 제어 명령을 수신하고, 제어 명령에 응답하여 셔터 스피드, ISO 감도, 게인(gain) 등의 설정을 변경하여 용접 작업 현상을 촬영할 수 있다.
일 실시예로서, 카메라부(110)는 사용자의 시야에 대응되는 본체(101)의 전면부에 위치할 수 있다. 카메라부(110)는 하나의 카메라를 포함하여 용접 작업에 대한 용접 영상 프레임을 획득할 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
다른 실시예로서, 카메라부(110)는 사용자의 좌안과 우안 각각에 대응되는 위치에 2개의 카메라를 배치시킬 수도 있다. 또 다른 실시예로서, 카메라부(110)는 사용자의 시야에 대응되는 본체(101)의 전면부 외 다른 위치에서 촬영하여 용접 영상 프레임을 획득하는 카메라를 더 포함할 수도 있다.
카메라부(110)는 카메라를 보호하기 위한 외측 커버 유닛을 포함할 수 있다. 외측 커버 유닛은 외측 커버 프레임(111), 외측 커버 플레이트(112) 및 차광 카트리지(113)를 포함할 수 있다.
외측 커버 프레임(111)은 카메라부(110)를 본체(101)에 결합하는 기능을 수행할 수 있다.
외측 커버 플레이트(112)는 차광 카트리지(113)의 전방에 배치되어, 차광 카트리지(113)를 보호할 수 있다. 외측 커버 플레이트(112)는 빛이 투과할 수 있는 소재, 예컨대 투명한 소재를 포함할 수 있다. 외측 커버 플레이트(112)는 폴리카보네이트나 아크릴과 같은 수지재를 포함할 수 있으며, 사출 성형으로 성형될 수 있다.
차광 카트리지(113)는 용접 발생시 발생되는 용접 광을 차단할 수 있다. 즉, 차광 카트리지(113)는 센서부(170), 예를 들어 포토 센서를 통해 감지한 용접광 정보를 기초로 흑화하여 카트리지의 차광도를 증가시킬 수 있다. 이때, 차광 카트리지(113)는 예컨대, 액정의 정렬 방향에 따라 흑화도가 조절될 수 있는 액정패널(LCD panel)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 차광 카트리지(163)는 VA(Vertical Align) 방식 LCD, TN(Twist Nematic)방식 LCD, IPS(In Plane Switching) 방식 LCD 등 다양한 패널로 구현될 수 있다.
차광 카트리지(113)의 흑화도는 용접 광의 밝기에 따라 자동으로 조절될 수 있다. 상술한 바와 같이 용접 광의 밝기에 따라 자동으로 조절되는 경우, 센서부(170)를 이용할 수 있다. 센서부(170)는 용접광의 빛의 세기를 감지하여 용접광 정보를 획득하고, 용접광 정보에 포함된 용접광의 세기에 대한 정보를 소정의 전기적 신호로 후술할 프로세서(160)에 전달하면, 프로세서(160)는 용접광의 세기에 기초하여 흑화도를 제어할 수 있다.
즉, 차광 카트리지(113)는 용접 작업 현장의 용접면에서 발생하는 빛의 세기 등에 대응되도록 패널의 차광도를 실시간으로 변경할 수 있고, 카메라부(110)는 전면부에 설치된 차광 카트리지(113)에 의해 용접광의 일정량이 차폐된 용접 영상을 촬영할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 용접 정보 제공 장치(100)는 차광 카트리지(113)를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 사용자는 카메라부(110)를 통해 취득한 용접 영상만으로 용접 작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라부(110)는 열 화상 카메라를 포함할 수 있다. 용접 정보 제공 장치(100)는 열 화상 카메라를 통해 획득한 열화상 영상을 용접 현장에 대한 영상에 합성하여 온도 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(160)에 전기적으로 연결된 조명부(미도시)가 더 포함될 수 있다. 상기 조명부(미도시)는 용접 정보 제공 장치(100)의 외측에 위치하며, 적어도 용접 작업 영역을 향하여 광을 조사하도록 구성된다. 조명부(미도시)는 복수의 LED 모듈을 포함할 수 있으며, 조명부(미도시)를 통해 조사되는 광의 출력 정도는 프로세서(160)의 제어에 의해 조절될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 조명부(미도시)는 프로세서(160)의 제어에 따라 카메라부(110)의 동작과 연동하여 동작할 수 있다.
영상 생성부(120)는 본체(101) 내부에 배치되며, 카메라부(110)가 획득한 용접 영상 프레임을 기초로 용접 영상을 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다. 영상 생성부(120)는 카메라부(110)로부터 획득한 용접 영상을 그대로 제공하거나, 용접 정보를 포함하는 고화질 합성 영상을 제공할 수 있다.
예를 들면, 영상 생성부(120)는 사용자가 용접광과 인접한 부분 외의 주변 환경(예를 들면, 기작업한 용접 비드의 형태 등)에 대하여도 시각적으로 확인할 수 있도록 고화질 합성 영상을 제공할 수 있다. 또한, 영상 생성부(120)는 사용자에게 용접 진행 상태에 대한 시각적 피드백(예를 들면, 용접 진행 방향)을 제공하여 용접 작업을 가이딩할 수 있다.
영상 생성부(120)는 용접 영상 정보를 포함하는 광을 생성하는 디스플레이 패널 및 디스플레이 패널로부터의 광을 확산시키는 광학계를 포함할 수 있다. 영상 생성부(120)는 디스플레이 패널 및 광학계를 통하여 용접 영상을 생성하고 투사할 수 있는 프로젝터로 이루어질 수 있다.
영상 생성부(120)의 디스플레이 패널은 용접 영상 정보를 포함하는 광을 생성하여 방출할 수 있다. 디스플레이 패널은 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), LED(Light-Emitting Diode) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
디스플레이 패널의 광은 광학계를 통하여 일정 방향으로 확산될 수 있다. 영상 생성부(120)는 광학계를 포함하여 디스플레이 패널로부터의 광을 투사함으로써 사용자에게 용접 영상을 제공할 수 있다. 광을 확산시키는 광학계는 복수의 반사체, 렌즈 그룹, 분광기, 엑스큐브, PBS(Polarized Beam Splitter) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 영상 생성부(120)는 실리콘 액정 디스플레이(Liquid Crystal on Silicon; LCoS)패널을 포함하는 프로젝터로 이루어질 수 있다. LCoS 프로젝터는 하나 이상의 LCoS 패널을 구비하며, 광을 파장에 따라 분리하고 합성하여 이미지를 제공한다. 영상 생성부(120)에서 제공되는 용접 영상이 LCoS 프로젝터로 제공되는 경우, 용접 정보 제공 장치(100)의 부피와 무게를 줄여 컴팩트화 할 수 있으며, 고해상도와 고휘도의 영상을 사용자에게 제공할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 다양한 디스플레이 기술을 사용하여 영상을 생성 및 제공할 수 있다.
영상 생성부(120)는 본체(101) 내부에 배치되되, 사용자의 시야에 직접 용접 영상을 제공하는 위치가 아닌, 후술하는 경로 변경부(130)에 의해 간접적으로 용접 영상을 제공할 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예로서, 영상 생성부(120)는 용접 영상을 제공하는 방향이 카메라부(110)의 광축(AX1)과 수직하도록 위치할 수 있다. 다시 말해, 도 4에 도시된 바와 같이, 영상 생성부(120)는 사용자의 이마 부근에 위치하여 경로 변경부(130)를 향해 용접 영상을 제공할 수 있다.
경로 변경부(130)는 영상 생성부(120)로부터 제공된 용접 영상의 경로를 변경하여 사용자의 눈으로 안내하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 경로 변경부(130)는 용접 영상을 반사시키는 미러(mirror), X-큐브 프리즘, 다이크로익 필터(Dichroic filter) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경로 변경부(130)는 영상 생성부(120)로부터 제공된 용접 영상을 제1 경로 및 제2 경로로 분할하여 제공하는 제1 경로 변경부(131)를 포함할 수 있다. 또한, 경로 변경부(130)는 제1 경로 및 제2 경로 상에 배치되어 용접 영상을 사용자의 눈으로 안내하는 역할을 하는 제2 경로 변경부(132) 및 제3 경로 변경부(133)를 포함할 수 있다.
제1 경로 변경부(131)는 입사되는 광의 경로를 서로 다른 두 경로로 분할할 수 있다. 즉, 제1 경로 변경부(131)는 영상 생성부(120)로부터 제공된 하나의 영상을 제1 경로 및 제2 경로로 동시에 출사할 수 있다. 제1 경로 및 제2 경로는 제1 경로 변경부(131)에 의하여 분할되는 광의 경로로써, 각각 사용자의 좌안 및 우안에 이르는 경로일 수 있다.
제1 경로 변경부(131)는 서로 상반되는 방향으로 광을 출사되도록 하여 제1 경로 및 제2 경로에 각각 용접 영상을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 경로 변경부(131)는 X-큐브 프리즘으로 이루어질 수 있으며, 육면체의 상반되는 면으로 용접 영상이 각각 출사되어 제1 경로 및 제2 경로에 제공되도록 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 광의 경로를 분할할 수 있는 다양한 부재를 사용하여 용접 영상의 경로를 분할할 수 있다.
제2 경로 변경부(132) 및 제3 경로 변경부(133)는 제1 경로 변경부(131)로부터 제공되는 용접 영상의 경로를 변경하여 사용자의 눈으로 안내할 수 있다. 제2 경로 변경부(132) 및 제3 경로 변경부(133)는 용접 영상을 반사시킴으로써 용접 영상의 경로를 변경하는 것일 수 있으며, 예를 들면, 입사되는 광을 반사시킴으로써 광의 경로를 변경하는 미러(mirror)로 이루어질 수 있다.
제2 경로 변경부(132)는 제1 경로 변경부(131)에 인접하게 배치되어, 제1 경로 변경부(131)로부터 출사되는 용접 영상의 경로를 1차로 변경할 수 있다. 제2 경로 변경부(132)는 제1 경로상에 배치되는 제2-1 미러와 제2 경로상에 배치되는 제2-2 미러를 포함할 수 있다.
제2-1 미러와 제2-2 미러는 제1 경로 변경부(131)를 사이에 두고 서로 대칭되도록 배치될 수 있으며, 제1 경로 변경부(131)로부터 x축 상으로 출사되는 광의 경로를 수직하게 변경할 수 있다. 즉, 제2-1 미러 및 제2-2 미러는 각각 제1 경로 및 제2 경로상에서 제1 경로 변경부(131)로부터 제공되는 용접 영상의 경로에 대하여 45° 내지 50°의 각도로 기울어져 있어, 용접 영상의 경로를 수직하게 변경할 수 있다. 제2-1 미러 및 제2-2 미러로부터 경로가 변경된 용접 영상의 경로는 서로 평행을 이룰 수 있다.
제3 경로 변경부(133)는 제2 경로 변경부(132)로부터 변경된 용접 영상의 경로를 2차로 변경할 수 있다. 제3 경로 변경부(133)는 제2 경로 변경부(132)로부터 변경된 용접 영상의 경로를 다시 변경하여 사용자의 양안측으로 안내할 수 있다.
제3 경로 변경부(133)는 제1 경로상에 배치되는 제3-1 미러 및 제2 경로상에 배치되는 제3-2 미러를 포함할 수 있다. 제3-1 미러 및 제3-2 미러는 사용자의 양안에 이르는 광축상에 배치될 수 있으며, 서로 나란하게 배치될 수 있다. 제3-1 미러 및 제3-2 미러는 각각 제1 경로 및 제2 경로상에서 제2 경로 변경부(132)로부터 변경된 용접 영상의 경로에 대하여 45° 내지 50°의 각도로 기울어져 있어, 용접 영상의 경로를 수직하게 변경할 수 있다.
도면에서는 제1 경로상에 배치되는 2개의 미러와 제2 경로상에 배치되는 2개의 미러를 이용하여 용접 영상의 경로를 변경하는 경우를 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않으며, 더 많은 미러 또는 경로를 변경할 수 있는 부재를 더 포함하여 용접 영상의 경로를 변경할 수 있음은 물론이다.
제2 경로 변경부(132)의 제2-1 미러 및 제2-2 미러와 제3 경로 변경부(133)의 제3-1 미러 및 제3-2 미러는 용접 영상을 반사시키는 물질로 이루어지거나 코팅될 수 있으며, 예를 들면, PMMA(poly methyl methacrylate), PC(poly carbonate), Polyester, Ag(silver), Al(aluminum) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제3 경로 변경부(133)에 의해 경로가 변경된 용접 영상은 제3 경로 변경부(133)에 인접하게 배치되는 표시부(140)로 제공될 수 있다. 표시부(140)는 용접 작업에 대한 고화질 합성 영상을 투과하여 사용자에게 제공할 수 있다.
표시부(140)는 사용자의 눈의 위치에 대응하도록 배치될 수 있으며, 제3 경로 변경부(133)와 사용자의 눈 사이에 배치되어 용접 영상을 투과함으로써 사용자에게 용접 영상을 제공할 수 있다. 표시부(140)는 제3 경로 변경부(133)보다 후술할 렌즈부(150)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
표시부(140)는 제1 경로상에 배치되는 제1 표시부 및 제2 경로상에 배치되는 제2 표시부를 포함할 수 있다. 제1 표시부 및 제2 표시부는 각각 사용자의 좌안 및 우안에 대응되어, 사용자의 좌안 및 우안에 용접 영상을 제공할 수 있다.
표시부(140)는 예를 들어, 배면 투사 스크린으로 이루어질 수 있다. 영상 생성부(120)로부터 제공된 용접 영상은 제1 내지 제3 경로 변경부를 거쳐 스크린의 배면에 투사될 수 있으며, 스크린의 표면에 용접 영상을 표시할 수 있다. 스크린의 표면에 표시된 용접 영상은 사용자의 양안으로 제공될 수 있다. 그러나 표시부(140)는 이에 제한되지 않으며, 영상 생성부(120)로부터 제공된 용접 영상을 투과하여 사용자에게 제공할 수 있는 다양한 디스플레이 기술로 구현될 수 있음은 물론이다.
용접 정보 제공 장치(100)는 근거리에서 표시부(140)로부터 투과된 용접 영상을 사용자의 양안으로 전달하기 위한 렌즈부(150)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 정보 제공 장치(100)는 용접 영상을 사용자로부터 일정거리 이격된 표시부(140)를 통해 제공하게 된다. 다만, 사람의 눈은 너무 가까운 위치에 있는 물체에는 초점을 맞추기 어렵기 때문에, 렌즈부(150)를 표시부(140)와 사용자의 눈 사이에 배치하여 초점거리를 조정할 수 있다.
즉, 렌즈부(150)는 표시부(140)로부터 투과된 용접 영상이 지나가는 경로상에 배치되며, 용접 영상의 크기를 조절하여 사용자의 양안으로 제공할 수 있다. 표시부(140)와 사용자의 눈 사이에 렌즈부(150)를 배치시킴으로써 사용자의 눈과 표시부(140)의 이격된 거리를 줄일 수 있으며 용접 정보 제공 장치(100)의 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있다. 이를 통해 사용자는 용접 정보 제공 장치(100)내의 밀폐된 공간에서도 넓은 시야와 선명한 영상을 확보할 수 있다.
한편, 표시부(140)와 렌즈부(150) 사이의 거리는 렌즈부(150)의 초점 거리보다 짧을 수 있다. 또한, 렌즈부(150)는 표시부(140)로부터 투과된 용접 영상을 사용자의 전방에 허상(virtual image)으로 투영할 수 있다. 이를 통해 사용자는 실제 표시부(140)의 거리보다 용접 영상이 더 멀리 있는 것처럼 느낄 수 있으며, 표시부(140)에 표시된 용접 영상을 확대된 허상으로 보게 되어 넓은 시야각으로 보는 효과를 얻을 수 있다.
렌즈부(150)는 제1 경로상에 배치되는 제1 렌즈부 및 제2 경로상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함할 수 있다. 제1 렌즈부 및 제2 렌즈부는 동일한 구성으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 렌즈부 및 제2 렌즈부는 각각 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있으며, 제1 렌즈부 및 제2 렌즈부에 포함되는 적어도 하나의 렌즈는 볼록면을 포함하여 제공되는 용접 영상을 확대하는 볼록렌즈일 수 있다.
제1 렌즈부 및 제2 렌즈부는 유리 재질, 플라스틱 재질 등으로 이루어질 수 있으며, 플라스틱 재질인 경우 (메트)아크릴 수지를 비롯한 스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지 등 다양한 투명 수지를 사용할 수 있다. 또한, 렌즈부(150)의 각 렌즈에는 특정 파장 대역의 빛을 차단하는 필터가 코팅될 수도 있다. 예를 들면, 렌즈부(150)는 청광 차단용 필터가 코팅된 렌즈를 포함할 수 있다.
제1 렌즈부 및 제2 렌즈부는 각각 사용자의 좌안 및 우안에 대응하도록 배치되므로 사용자의 좌안 및 우안의 시력에 맞도록 렌즈의 구성을 달리하여 설계할 수도 있다. 이 경우, 제1 렌즈부 및 제2 렌즈부는 표시부(140)로부터 제공되는 용접 영상을 좌안 및 우안의 시력에 맞게 각각 포커싱하여 사용자에게 전달할 수 있다.
프로세서(160)는 카메라부(110)를 통해 수신한 용접 영상 프레임을 합성하여 고화질 합성 영상을 생성할 수 있다. 프로세서(160)는 카메라부(110)가 프레임 별 촬영 조건을 상이하게 설정하고 시간 순서로 획득한 프레임을 병렬적으로 합성하여 합성 영상을 획득할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(160)는 카메라부(110)의 카메라의 셔터 스피드, ISO 감도 및 게인(gain) 등을 변경하여 촬영하도록 카메라부(110)를 제어할 수 있다.
이때, 프로세서(160)는 센싱된 용접 현장의 용접광, 주변광, 용접 토치(200)의 움직임 정도 등 조건에 따라 촬영 조건을 상이하게 설정할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(160)는 용접 현장의 용접광 및/또는 주변광이 높을수록 ISO 감도 및 게인(gain)이 감소하도록 촬영 조건을 설정할 수 있다. 또한, 용접 토치(200)의 움직임 및/또는 작업 속도가 빠른 것으로 감지되면 셔터 스피드가 증가하도록 촬영 조건을 설정할 수 있다.
프로세서(160)는 기설정된 프레임 수의 영상을 병렬적으로 합성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설정된 프레임 내의 각각의 영상은 서로 상이한 촬영 조건으로 촬영된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(160)는 카메라부(110)의 카메라가 두 개 이상인 경우, 각각의 카메라의 촬영 설정 조건을 상이하게 설정하여 촬영하도록 제어할 수 있다. 이 경우에도, 프로세서(160)는 기 설정된 프레임 수의 영상을 병렬적으로 합성할 수 있다.
또한, 프로세서(160)는 카메라부(110)로부터 획득된 용접 영상 프레임을 기초로 용접 영상을 생성하도록 영상 생성부(120)를 제어할 수 있다. 이때, 프로세서(160)는 사용자에게 제공되는 용접 영상의 크기, 밝기, 대비 등의 설정을 제어할 수 있다.
프로세서(160)는 메모리(미도시)에 저장된 각종 프로그램을 이용하여 용접 정보 제공 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(160)는 CPU, 램(RAM), 롬(ROM), 시스템 버스를 포함할 수 있다. 여기서, 롬은 시스템 부팅을 위한 명령어 세트가 저장되는 구성이고, CPU는 롬에 저장된 명령어에 따라 용접 정보 제공 장치(100)의 메모리에 저장된 운영체제를 램에 복사하고, O/S를 실행시켜 시스템을 부팅시킨다. 부팅이 완료되면, CPU는 메모리에 저장된 각종 애플리케이션을 램에 복사하고, 실행시켜 각종 동작을 수행할 수 있다. 이상에서는 프로세서(160)가 하나의 CPU만을 포함하는 것으로 설명하였지만, 구현 시에는 복수의 CPU(또는 DSP, SoC 등)으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 프로세서(160)는 디지털 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로 프로세서(microprocessor), 및/또는 TCON(Time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.
센서부(170)는 용접 현장에 대한 다양한 정보를 감지하고, 용접 정보를 획득하기 위해 구성된 복수의 센서 모듈을 포함할 수 있다. 이때, 용접 정보는 실시간 용접 작업에 대한 용접 온도, 용접 방향, 용접 기울기, 용접 속도 및 모제와 용접 토치 간의 간격 등을 포함할 수 있다. 더욱이 상기 센서부(170)는 적어도 용접 작업 영역 내에서 광 정도를 검출하도록 구성된 광 센서 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서부(170)는 조도 센서(illuminance sensor)를 포함할 수 있고, 이때, 센서부(170)는 용접 현장의 용접광 세기에 대한 정보를 획득할 수 있다. 센서부(170)는 조도 센서(illuminance sensor) 외에도 근접 센서 (proximity sensor), 노이즈 센서(Noise Sensor, 비디오 센서(Video Sensor), 초음파 센서, RF 센서와 같은 다양한 종류의 센서를 더 포함할 수 있고, 용접 작업 환경과 관련된 다양한 변화를 감지할 수 있다.
통신부(190)는 용접 토치(200)로부터 용접 정보를 수신하고, 용접 토치(200)를 제어하기 위한 명령을 송신하기 위한 구성이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신부(190)는 합성 영상을 용접 토치(200) 외의 외부 장치로 전송할 수 있다. 이때, 외부 장치는 작업자/제3자의 스마트폰, 컴퓨터 등 통신 모듈을 포함하는 다양한 장치를 포함할 수 있다.
통신부(190)는 다양한 유형의 통신방식에 따라 다양한 유형의 외부 장치와 통신을 수행하는 구성일 수 있다. 통신부(190)는 와이파이칩, 블루투스 칩, 무선 통신 칩, NFC 칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 와이파이 칩이나 블루투스 칩을 이용하는 경우에는 SSID 및 세션 키 등과 같은 각종 연결 정보를 먼저 송수신하여, 이를 이용하여 통신 연결한 후 각종 정보들을 송수신할 수 있다. 무선통신 칩은 IEEE, Zigbee, 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution) 등과 같은 다양한 통신 규격에 따라 통신을 수행하는 칩을 의미한다. NFC 칩은 135kHz, 13.56MHz, 433MHz, 860~960MHz, 2.45GHz 등과 같은 다양한 RF-ID 주파수 대역들 중에서 13.56MHz 대역을 사용하는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 동작하는 칩을 의미한다.
한편 용접 토치(200)는 별도의 통신부, 센서부 및 제2 프로세서를 포함할 수 있다.
통신부는 용접 정보 제공 장치(100)와 데이터를 송수신한다. 통신부는 근거리 무선 통신(예를 들어, 블루투스(Bluetooth), Wifi, Wifi-Direct) 또는 원거리 무선 통신(3G, HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access) 또는 LTE(Long Term Evolution))이 가능한 모듈을 포함할 수 있다.
센서부 또는 제2 센서는 용접 토치에 포함되어 용접 온도, 용접 속도, 용접 기울기, 용접 방향 및 모제와 용접 토치 간의 간격 등 용접 상황을 센싱하기 위한 구성이다.
센서부는 용접 토치(200)를 파지한 사용자의 자세 변화, 용접면의 조도 변화, 용접 토치(200)의 가속도 변화 등과 같은 다양한 변화들 중 적어도 하나를 검출하고, 그에 해당하는 전기적 신호를 제2 프로세서로 전달할 수 있다. 즉, 센서부는 용접 토치를 기반으로 이루어지는 상태 변화를 감지하고, 그에 따른 감지 신호를 생성하여 제2 프로세서로 전달할 수 있다.
본 개시에서 센서부는 다양한 센서들로 이루어질 수 있으며, 용접 토치(200) 구동 시(또는 사용자 설정 기반) 제어에 따라 기 설정된 적어도 하나의 센서에 전원이 공급되어 용접 토치(200)의 상태 변화를 감지할 수 있다.
이 경우, 센서부는 용접 토치(200)의 상태 변화를 검출할 수 있는 모든 형태의 센싱 디바이스 (sensing device)들 중 적어도 하나의 디바이스를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서부는 가속도 센서(Acceleration Sensor), 자이로 센서(Gyro Sensor), 조도 센서(illuminance sensor), 근접 센서 (proximity sensor), 압력 센서(pressure sensor), 노이즈 센서(Noise Sensor), 비디오 센서(Video Sensor), 중력 센서 등과 같은 다양한 센싱 디바이스들 중 적어도 하나의 센서를 포함하여 구성될 수 있다. 용접 토치(200)의 조도 센서를 통해 감지된 용접 작업 영역 내의 광 정도는 통신부를 통해 프로세서(160)로 전달될 수 있고, 프로세서(160)는 용접 정보 제공 장치(100)의 센서부(170)를 통하지 않고, 용접 토치(200)의 조도 센서를 통해 전달된 광 정도를 바탕으로 조명부(미도시) 및/또는 카메라부(110)를 제어할 수 있다.
한편, 가속도 센서는 용접 토치(200)의 움직임을 감지하기 위한 구성요소이다. 구체적으로, 가속도 센서는 용접 토치(200)의 가속도, 진동, 충격 등의 동적인 힘을 측정할 수 있으므로, 용접 토치(200)의 움직임을 측정할 수 있다.
중력 센서는 중력이 향하는 방향을 감지하기 위한 구성요소이다. 즉, 중력 센서의 감지결과는 가속도 센서와 함께 용접 토치(200)의 움직임을 판단하는데 사용될 수 있다. 또한, 중력센서를 통해 용접 토치(200)가 파지된 방향이 판단될 수 있다.
상술한 종류의 센서 외에도, 용접 토치(200)는 자이로스코프 센서, 지자기센서, 초음파 센서, RF 센서와 같은 다양한 종류의 센서를 더 포함할 수 있고, 용접 작업 환경과 관련된 다양한 변화를 감지할 수 있다
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 영상의 제공 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 영상은 영상 생성부(120)로부터 제공되어 제1 경로 변경부(131), 제2 경로 변경부(132), 제3 경로 변경부(133), 표시부(140), 렌즈부(150)를 통하여 사용자의 눈으로 안내될 수 있다.
영상 생성부(120)로부터 제공되는 고화질의 합성 용접 영상은 제1 경로 변경부(131)에 의해 경로가 분할되고, 제2 경로 변경부(132)에 의해 반사되고, 제3 경로 변경부(133)에 의해 다시 반사되어 표시부(140)로 제공될 수 있다. 이때, 제2 경로 변경부(132) 및 제3 경로 변경부(133)에 의해 반사되는 용접 영상은 영상 생성부(120)로부터 제공된 영상의 상하 및 좌우가 반전된 영상이거나 90도 회전된 영상일 수 있다. 사용자에게 작업 현장과 동일한 영상을 제공하기 위해 프로세서(160)는 카메라부(110)로부터 획득한 영상의 방향을 전환시켜 표시부(140)로 전달할 수 있다.
표시부(140)로부터 투과된 용접 영상은 사용자의 눈에 인접하게 배치된 렌즈부(150)를 통하여 사용자의 눈으로 제공될 수 있다. 렌즈부(150)를 배치함으로써 사용자의 눈과 근접하게 위치하는 표시부(140)의 용접 영상을 사용자에게 넓은 화각으로 제공할 수 있다.
사용자의 눈으로부터 렌즈부까지의 거리(d1)는 20mm 이하일 수 있으며, 렌즈부(150)로부터 스크린까지의 거리(d2)는 50mm 내지 60mm일 수 있다. 이때, 사용자의 눈의 위치에 지름이 8 내지 10mm인 원형의 허상 인식 영역이 형성될 수 있으며, 허상이 생성되는 거리(D)는 사용자의 눈으로부터 30cm 이하일 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 영상은 제1 경로 변경부(131)에 의해 경로가 분할되어 사용자의 양안으로 각각 제공될 수 있다. 제1 경로 변경부(131)는 용접 영상을 사용자의 좌안(LE)에 이르는 제1 경로 및 사용자의 우안(RE)에 이르는 제2 경로로 분할하여 제공할 수 있다.
제1 경로 및 제2 경로 상에는 각각 제2 경로 변경부(132), 제3 경로 변경부(133), 표시부(140), 렌즈부(150)가 배치되어 용접 영상이 사용자의 좌안(LE) 및 우안(RE)으로 각각 안내되도록 할 수 있다. 따라서 사용자의 좌안(LE) 및 우안(RE)에 제공되는 용접 영상은 서로 다른 경로로 제공될 수 있다. 또한, 사용자의 각 눈이 인식하는 허상(A)은 별개로 형성될 수 있으며, 사용자의 양안이 인식하는 허상(A)의 크기는 9인치 이상일 수 있다.
용접 정보 제공 장치(100)는 사용자의 양안으로 각각 용접 영상을 제공함으로써 한정된 표시부(140)의 크기에도 화각이 더 넓어질 수 있으며, 좁은 공간에서도 시야의 답답함이 없는 용접 영상을 사용자에게 제공할 수 있게 된다. 또한, 사용자의 좌안 및 우안을 위한 허상을 별개로 형성함으로써 허상(A)의 거리와 허상(A)의 크기를 실제 사용자의 시야에 가깝게 구현할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 용접 정보 제공 장치(100)는 경로 변경부를 통해 용접 영상의 경로를 변경시켜 사용자에게 제공함으로써, 선명한 용접 영상을 제공하면서 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 용접 영상의 경로를 분할하여 사용자의 좌안 및 우안을 위한 허상을 별개로 형성함으로써, 컴팩트한 크기에서도 넓은 화각을 확보할 수 있으며 실제 작업 현장과의 이질감이나 위화감을 최소화시켜 사용자에게 용접 영상을 제공할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
101 : 본체
110 : 카메라부
120 : 영상 생성부
130 : 경로 변경부
140 : 표시부
150 : 렌즈부
160 : 프로세서
170 : 센서부
180 : 고정부
190 : 통신부
200 : 용접 토치

Claims (9)

  1. 사용자가 착용 가능하도록 구비된 본체;
    상기 본체 외측에 장착되고, 용접 작업에 대한 용접 영상 프레임을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 포함하는 카메라부;
    상기 본체 내부에 배치되며, 용접 영상을 제공하는 영상 생성부;
    상기 영상 생성부로부터 제공된 상기 용접 영상의 경로를 변경하여 상기 사용자의 눈으로 안내하되, 상기 사용자의 좌안에 이르는 제1 경로 및 상기 사용자의 우안에 이르는 제2 경로로 분할하여 안내하는 경로 변경부;
    상기 용접 영상을 투과하여 상기 사용자에게 제공하되, 상기 제1 경로상에 배치되는 제1 표시부 및 상기 제2 경로상에 배치되는 제2 표시부를 포함하는 표시부;
    상기 표시부로부터 투과된 상기 용접 영상의 크기를 조절하여 상기 사용자에게 제공하되, 상기 제1 경로상에 배치되는 제1 렌즈부 및 상기 제2 경로상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함하는 렌즈부; 및
    상기 용접 영상 프레임을 기초로 상기 용접 영상을 생성하도록 상기 영상 생성부를 제어하는 프로세서;를 포함하는, 용접 정보 제공 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 경로 변경부는 상기 용접 영상을 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로로 분할하여 제공하는 제1 경로 변경부를 포함하고,
    상기 제1 경로 변경부는 엑스큐브(x-cube) 프리즘인, 용접 정보 제공 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 경로 변경부는 제1 경로 변경부로부터 분할되어 제공되는 상기 용접 영상의 경로를 1차로 변경하는 제2 경로 변경부 및 상기 제2 경로 변경부로부터 변경된 상기 용접 영상의 경로를 2차로 변경하여 상기 표시부로 제공하는 제3 경로 변경부를 포함하는, 용접 정보 제공 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 제3 경로 변경부와 상기 렌즈부의 사이에 배치되는, 용접 정보 제공 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 제3 경로 변경부보다 상기 렌즈부에 더 인접하게 배치되는, 용접 정보 제공 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 표시부와 상기 렌즈부 사이의 거리는 상기 렌즈부의 초점 거리보다 짧은, 용접 정보 제공 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 표시부로부터 투과된 상기 용접 영상을 상기 사용자의 전방에 허상(virtual image)으로 투영하는, 용접 정보 제공 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는
    상기 용접 영상 정보를 포함하는 광을 생성하는 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널로부터의 광을 확산시키는 광학계;를 포함하는, 용접 정보 제공 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 실리콘 액정 디스플레이(liquid crystal on silicon; LCoS)를 포함하는, 용접 정보 제공 장치.
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