KR900008517B1 - 8개의 광센서를 이용한 형상 추적장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

8개의 광센서를 이용한 형상 추적장치

제1도는 광센서를 이용한 형상 추적장치의 구성도.

제2도는 광센서를 이용한 형상 추적원리의 개략도.

제3도는 형상추적을 위한 광센서의 개략도.

제4도는 디지타이저의 회로도.

제5도는 디지타이저와 마이크로 컴퓨터와의 인터페이싱 회로도.

제6도는 마이크로 컴퓨터와 스텝모우터와의 인터페이싱 회로도.

본 발명은 모방절단 등에서와 같이 정해진 형상을 추적 하고자 할때 원하는 도형을 도면에 그려놓고 이 도형의 윤곽을 자동적으로 추적하는 장치를 개발한 것이다.

도형의 윤곽을 추적함으로써 주어진 임의의 궤적을 공구 또는 이송테이블이 움직이게 하는 방식은 현재 많이 사용되고 있는 수치제어식(N.C.TYPE)의 이송장치에 비해 그 조작의 간단성 및 경계성 등의 이점으로 인해 모방절단 등에 많이 활용되고 있는 실정이다.

즉, 수치제어식 이송장치를 움직이게 하기 위해서는 이동시키고자 하는 궤적의 위치를 수치적 정보의 형태로 바꾼후 이를 프로그래밍 하여 제어장치에 입력하여야 하는바, 이를 수행할 능력을 가진 인력이 필요로 하며 장치의 가격 또한 고가이다.

본 발명은 절단하고자 하는 형상을 그린 도면만 있으면 작동을 시킬 수 있으며 저렴한 가격으로 구입할 수 있는 광센서를 이용한 형상 추적장치를 개발함으로서 유용성이 매우 높고 더욱 정밀하면서도 가격이 저렴하게 된 것이다.

현재 개발되어 시판되고 있는 광센서를 이용한 형상 추적장치들의 원리를 살펴보면 다음과 같다.

1) 한개의 광센서를 추적선의 좌우로 진동시켜 이때 감지되는 정현파 형태의 출력전압을 이용 추적하는 장치.(WELDING GOURNAL, OCT. 1958, P988)

2) 두개의 광센서를 추적선 좌우에 위치하게 하여 이동시키면서 이때 발생되는 좌우의 광센서 신호를 동일하게 만드는 광센서의 회전각도만큼 광센서와 이송장치를 회전 시키면서 윤곽을 추적하는 장치.(PRIVATE COMMUNICATION IN MESSER GRIESHEIM/W. GERMANY JULY, 1987)

3) CCD 카메라를 이용 윤곽선을 포착한 후 이를 디지탈 신호화 하여 컴퓨터 또는 마이크로 프로세서에 입력한 후 주어진 추적 알고리즘에 의해 이송 장치에 이송 신호를 내어줌으로써 윤곽을 추적하는 장치.(SOLD STATE CAMERAS, INT'L CONG ON ROBOT VISION AND SENSORY CONTROLS, NOV, 1982, P75)

그러나 1)과 2)의 경우는 광센서를 윤곽선을 중심으로 움직이게 되므로 광센서를 설치하는 부분의 기계적 장치가 매우 복잡하게되는 단점을 가지며 3)의 경우는 광센서부 자체가 매우 고가라는 단점을 가지고 있다.

이에 반해 본 발명의 경우는 8개의 광센서를 원주상에 방사상으로 고정시켜 각 광센서가 독립적으로 윤곽선의 신호를 감지하게 되므로 광센서부를 이송장치와 별개로 움직일 필요가 없으며 가격이 매우 저렴한 포토 다링톤 트랜지스터(PHOTO-DARLINGTON TRANSISTOR)를 감지소자로 사용함으로써 제작단가를 낮추는 효과를 가질 수 있는 것이다.

본 발명의 구체적인 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 백색도면에 추적하고자 하는 형상을 검은 선으로 그려놓았을 경우 이선을 추적하기 위해서 광센서와 광섬유(OPTICAL FIBER)를 이용하여 감지부를 구성하였으며, 광센서에서 얻어진 아날로그 전압신호를 디지탈 신호로 바꾼후 이를 컴퓨터가 입력신호로 받아 스텝 모우터의 구동신호를 발생시키는 구조로 구성되어 있다.

전체적인 구성은 제1도와 같으며 그 추적원리는 8개의 광섬유를 방사상으로 설치하여 추적선에 해당하는 위치에 있는 광센서에 전기적으로 ON- 신호를 발생시키고 이를 새로이 개발한 알고리즘에 의해 작성된 어셈블리(ASSEMBLY)프로그램의 입력신호로 사용함으로서 광센서, 컴퓨터, 추적테이블 사이에 폐회로 제어시스템을 구성하는 것이다.

개발한 추적알고리즘을 자세히 설명하면 다음과 같다.

8개의 방사상으로 설치된 광센서에 추적선이 접할 경우 접한 위치에 해당하는 광센서는 "1"의 신호를, 접하지 않은 부분의 광센서는 "0"의 신호를 마이크로 컴퓨터에 전달해 준다.

광센서는 각 위치에 대응되는 고유의 번호를(1-8)가지고 있어 마이크로 컴퓨터를 통해 8비트 신호(8BIT SIGNAL)로 각각의 신호를 읽어 들이므로 1-255(2⁸개)의 신호가 존재할 수 있다.

이러한 각 신호에 해당하는 데이터를 분석하면 현재의 광센서의 위치를 알수 있고 마이크로 컴퓨터에 기억시켜 놓았던 과거의 데이터와 현재의 분석된 광센서의 위치 데이터를 이용해서 스텝모우터의 구동방향을 결정하게 된다.

제2도는 광센서의 움직임을 도식적으로 나타낸 그림이다. 광센서 중심을 기준으로 8방향에 1-8번의 번호가 설정되어 있으며 각각의 방향에 해당하는 광섬유의 선단을 원형으로 표시 하였다. 광센서는 추적 테이블에 직결되어 있으며 추적 테이블은 1-8번의 8가지 방향으로만 이동할 수 있다.

초기에(TIME=TO) 추적선이 도면과 같이 2번과 7번의 센서위치에 존재한다고 가정하자.

이 경우 광센서는 2번 혹은 7번 방향의 어느 쪽으로도 추적을 시작할 수 있는데 추적시작의 방향은 프로그램상 사람이 입력신호로서 선택할수 있도록 구성하였다. 여기서는 2번 방향으로 추적의 시작방향을 설정했다고 가정한다. 초기의 추적시작 방향을 기준점으로 기억시켜 놓은 후 (즉 2번) 그 방향으로 테이블을 구성시켜 광센서를 이동시킨다.

이동후(TIME=TO+DT)추적선에 해당하는 신호는 2번과 6번이 되게 되는데 이 시점에서의 테이블의 새로운 이동 방향은 TO에 있을 경우의 기준점 위치와 가장 가까운 TO+DT의 절단선의 위치를 선택한다.

즉, TO+DT의 경우 과거의 기준 위치는 TO일때 선택한 2번이므로 2번과 가장 가까운 TO+DT에서의 현재의 신호인 2번 그 자체의 위치를 선택한다.

이 선택된 위치는 다음 설정시간(TIME STEP)즉 TO+2DT의 위치에서의 기준점이 되게 된다. 따라서 광센서는 역시 2번 방향으로 움직이게 되며 움직임이 끝난후의 위치는 TO+2DT의 위치가 된다.

이때의 절단선 위치를 3번과 6번이라고 가정하면 이 경우의 광센서 이동 방향은 기준점 2번과 가장 가까운 3번이 되고 이 위치는 TO+3DT에서의 기준점으로 기억된다.

위와같은 기준점의 기억, 절단선의 위치설정, 이동방향 결정, 이동이 연속되면서 광센서는 지속적으로 절단선을 추적하게 된다.

모든 프로그램은 마크로-어셈블리언어(MACRO-ASSEMBLY LANGUAGE)를 이용하여 각각의 중요부분을 블록(BLOCK)으로 묶어서 서브루틴(SUBROUTAINE)으로 작성하였으며 오실로스코프(OSCILLOSCOPE)를 이용해 마이크로 컴퓨터에서 나오는 스텝모우터의 구동신호를 측정해본 결과 프로그램내의 지연루프(DELAY LOOP)를 변화시킴으로 최대 2㎑까지의 주파수를 낼 수 있었다.

X축과 Y축을 동시에 움직일 경우(2, 4, 6, 8번)와 X축 혹은 Y축을 각각 독립되게 움직일 경우(1, 3, 5, 7번)에는 그 선속도가 √2배만큼 차이가 나게 되므로 이를 보정하기 위해서 이들 두 경우에 해당하는 지연루프(DELAY LOOP)를 따로따로 구성 하였다.

광 추적장치는 제1도의 개략도에서 나타난 바와같이 광센서부(1)와 디지타이저(DIGITIZER)부(2), 인터페이스 카드(INTERFACE CARD)부(3), (3'), 마이크로 컴퓨터(4) 및 스텝모우터 드라이버(5), 구동테이블(6)으로 구성된다.

제1도면중 미설명부호 7은 광원, 8은 광센서(ZERO REPERENCE PHOTO SENSOR) 9는 도면이다.

광센서부는 가장 중요한 역할을 하는 부분으로서 8개의 포토 다링톤 트랜지스터(PHOTO DARLINGTON TRANSISTOR)(10)와 코어(CORE) 직경이 50㎛인 멀티모드 표준형 광섬유(MULTI MODE STANDARD TYPE OPTICAL FIBER)(11)를 이용해 절단선 감지부를 제작했다.

또한 디지타이저(DIGITIZER)에 사용될 기준전압을 찾기위해 8개 외에 별도로 1개의 동일한 광센서(8)를 사용하였으며, 센서 각기에 대한 구조를 제3도에 나타내었다.

포토 다링톤 트랜지스터를 광센서로 이용한 것은 구조적으로 내부에 증폭부가 내장되어 있으므로 회로를 간단히 할 수 있기 때문이다.

제3도중 미설명부호 12는 주사기 바늘(INJICTION SYRINGE), 13은 집광렌즈, 14는 알미늄 호일테이프이다.

디지타이저부는 광센서의 포토 다링톤 트랜지스터에서 나온 아날로그 신호를 분석하여, 어느 레벨이상을 추적선의 신호, 어느 레벨 이하를 백지의 신호로 구별해주는 회로이며 레벨의 기준은 별도의 광센서(8)에서 나온 전압을 이용한다. 회로의 개략도는 제4도와 같으며 비교기(COMPARATOR)로는 741오피앰프(OPAMP.)를 사용하였고 시미트 귀환 회로(SCHMIDT FEEDBACK)을 이용하여 바운싱 효과(BOUNCING EFFECT)를 제거 하였다.

디지타이저에서 나오는 8비트 시그날(8BIT SIGNAL)을 마이크로 컴퓨터에 전달하기 위하여 제5도와 같은 인터페이스카드(INTERFACE CARD)를 제작하여 사용하였고 마이크로 컴퓨터와 스텝 모우터 드라이버와의 인터페이싱을 위해서는 제6도와 같은 인터페이스 카드를 제작 사용하였으며, 제5도 및 제6도의 인터페이스카드(INTERFACE CARD)에 관한 추가적인 설명은 다음과 같다.

제5도는 디지타이저부(제4도)의 출력신호를 받아서 광센서의 추적 알고리즘을 연산하고 수행하는 마이크로 컴퓨터로 전달해 주는 회로로서 프로그램상에서 지정된 포트의 번지수 인지를 확인하기 위한 용도로 74LS30, 74LS00, 74LS32를 이용하였고, 프로그램상의 포트 번지수와 일치하는 경우 74LS244의 3상태 버퍼를 버퍼 동작상태로 설정함으로서 디지타이저부의 신호를 마이크로 컴퓨터의 데이터버스에 연결시켜 주는 것이고, 제6도는 마이크로 컴퓨터에서 연산된 추적알고리즘을 이요하여 스텝모우터드라이버를 구동하기 위한 회로부분으로, 74LS30, 74LS32를 이용하여 프로그램상에서 지정된 포토의 번지수인지를 확인하였고, 프로그램상의 포토번지수와 일치하는 경우 74LS374의 3상태 D-플립 플롭을 동작상태로 설정함으로서 마이크로 컴퓨터의 데이터 버스 신호를 스텝 모우터 드라이버에 연결시켜주는 것이다.

이와같이 된 본 발명은 정해진 형상을 추적하고자 할때 원하는 도형을 도면에 그려 놓고 이 도형의 윤곽을 자동적으로 추적하는 장치를 개발함으로서 절단하고자 하는 형상을 그린 도면만 있으면 작동을 시킬 수 있으며 비교적 저렴한 가격으로 구입할 수 있는 광센서를 이용한 형상 추적장치는 그 유동성이 매우 높은 것인데 본 발명에서 8개의 광센서를 원주상에 방사상으로 고정시켜 각 광센서가 독립적으로 윤곽선의 신호를 감지하게 되므로 광센서부를 이송장치와 별개로 움직일 필요가 없으며 가격이 매우 저렴한 포토 다링톤 트랜지스터(PHOTO DARLINGTON TRANSISTOR)를 감지소자로 사용함으로서 제작단가를 낮추는 효과를 가질 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 발명의 장치가 사용될 수 있는 중요한 산업상 이용분야는 다음과 같다.

1) 금속을 주어진 형상으로 절단하는 산소절단, 플라즈마절단, 레이저절단의 구동장치.

2) 주어진 형상에 관한 수치적 자료를 얻어서 저장한 후 수치 제어식 이송장치를 구동시키는 장치, 이 경우는 형상의 크기를 임의로 확대, 축소할 수 있다.

3) 양복을 재단하는 기계의 구동장치.

4) 기타, 주어진 형상을 따라 일정한 속도로 움직이면서 측정 하거나 작업하는 장치.

Claims (1)

1. 도면(9)위에 1-8까지의 번호가 주어진 8개의 포토다링톤트랜지스터(10)가 방사상으로 설치된 광센서부(1)를 설치하고 이 광센서부(1)가 8방향으로 이동되며 기준점의 기억, 절단선의 위치결정, 이동방향의 결정, 이동이 연속되면서 지속적으로 절단선을 추적하게하고 광센서부(1)의 앞에 기준전압 설정용 광센서(8)를 연결하며 광센서부(1)의 뒤에 디지타이저부(2)를 연결하고 다시 인터페이스카드부(3') 마이크로컴퓨터(4), 인터페이스카드부(3), 스텝모우터드라이버(5)를 경유 구동테이블(6)에서 다시 광센서부(1)에 연결함으로서 윤곽선의 신호를 디지탈화 하여 컴퓨터에 입력시킨 후 추적 알고리즘에 의해 스텝모우터 드라이버(5)의 구동신호를 발생시킴으로서 형상을 추적하는 것을 특징으로 하는 8개의 광센서를 이용한 형상 추적장치.

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