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KR102177726B1 - 가공품 검사 장치 및 검사 방법 - Google Patents

가공품 검사 장치 및 검사 방법 Download PDF

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KR102177726B1
KR102177726B1 KR1020190056965A KR20190056965A KR102177726B1 KR 102177726 B1 KR102177726 B1 KR 102177726B1 KR 1020190056965 A KR1020190056965 A KR 1020190056965A KR 20190056965 A KR20190056965 A KR 20190056965A KR 102177726 B1 KR102177726 B1 KR 102177726B1
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KR
South Korea
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processed product
laser
image
inspected
camera
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KR1020190056965A
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이근호
이민영
손종현
김수철
이한민
Original Assignee
한국기계연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 검사대상 가공품을 기준 가공품과 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 가공품 검사 방법 및 검사 장치에 관한 발명으로, 일 실시예에 따르면, 가공품의 기초제원 파라미터와 가공품을 가공하는 가공용 공구의 기초제원 파라미터에 기초하여 가상의 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계; 카메라 또는 라인 레이저를 이용하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 기준 가공품의 3차원 이미지와 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 제1 검사 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법을 제공한다.

Description

가공품 검사 장치 및 검사 방법 {Method and apparatus for inspecting workpiece}
본 발명은 가공품 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 카메라나 레이저를 이용하여 기어 등의 가공품의 표면의 불량 여부를 판단하는 가공품 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
기어 등 가공품을 생산한 후 제품의 불량을 판단하기 위해 비전 검사가 주로 이용되며 이러한 비전 검사는 검사대상 가공품을 카메라로 촬영하고 촬영된 이미지 정보와 표준 이미지 정보를 비교하여 제품의 불량을 판단한다.
이 때 표준 이미지 정보는 생산된 가공품 중 불량이 없는 가공품을 선택하고 이를 촬영하여 3차원 영상을 얻거나 캐드(CAD) 설계 파일을 그대로 사용하여 3차원 표준 이미지로 사용한다.
그러나 불량이 없는 실제 가공품이라 하더라도 각 가공품마다 미세한 차이나 불량 요소가 있고 CAD 설계 파일도 실제 가공품을 그대로 표현하지 못하는 단점이 있으므로 정밀한 가공품 검사를 수행할 수 없는 한계가 있다.
특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2010-0082249호 (2010년 7월 16일 공개) 특허문헌2: 한국 공개특허공보 제2017-0080910호 (2017년 7월 11일 공개) 특허문헌3: 한국 등록특허 제10-1816150호 (2018년 1월 30일 공고)
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 가공품의 3차원 이미지 생성 알고리즘을 사용하여 기준(reference) 가공품의 3차원 기준 이미지를 생성하고, 검사대상 가공품을 카메라로 촬영하거나 또는 라인 레이저(line laser)로 조사하여 3차원 이미지를 획득하고, 이렇게 얻어진 기준 이미지와 검사대상 가공품의 이미지를 비교하여 가공품의 불량 여부를 판단할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 검사대상 가공품을 기준 가공품과 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 가공품 검사 방법으로서, 가공품의 기초제원 파라미터와 가공품을 가공하는 가공용 공구의 기초제원 파라미터에 기초하여 가상의 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계; 카메라 또는 라인 레이저를 이용하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 기준 가공품의 3차원 이미지와 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 제1 검사 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 검사대상 가공품을 기준 가공품과 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 가공품 검사 장치로서, 검사대상 가공품을 지지하는 지지대; 상기 지지대를 회전시키는 구동모터; 상기 지지대에서 소정 거리 이격되어 검사대상 가공품을 촬영하는 제1 카메라; 상기 제1 카메라가 촬영한 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 검사대상 가공품 이미지 생성부; 및 상기 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 가상의 기준 가공품의 3차원 이미지와 비교하여 불량 여부를 판단하는 제1 검사부;를 포함하고, 상기 기준 가공품의 3차원 이미지는 가공품의 기초제원 파라미터와 가공품을 가공하는 가공용 공구의 기초제원 파라미터에 기초하여 생성된 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기준 가공품의 3차원 이미지를 신규한 방식의 3차원 이미지 생성 알고리즘을 이용하여 생성하며 이 기준 이미지는 실제 가공품을 그대로 대표하기 때문에 가공품 검사시 기준 영상으로 활용할 수 있어 가공품의 정확한 양품 판정을 수행할 수 있는 이점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공품 검사 장치 및 방법을 설명하는 도면,
도2는 일 실시예에 따른 가공품 검사 장치를 설명하는 도면,
도3은 대안적 실시예에 따른 가공품 검사 장치를 설명하는 도면,
도4 내지 도6은 레이저를 이용하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 예시적 방법을 설명하는 도면,
도7 및 도8은 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 예시적 방법을 설명하는 도면,
도9 및 도10은 기준 가공품의 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환하는 방법을 설명하는 도면,
도11 및 도12는 일 실시예에 따라 기준 가공품의 3차원 이미지에서 기준 레이저 이미지를 추출하는 방법을 설명하는 도면,
도13 및 도14는 대안적 실시예에 따라 기준 가공품의 3차원 이미지에서 기준 레이저 이미지를 추출하는 방법을 설명하는 도면,
도15는 일 실시예에 따른 가공품 검사 방법을 구현하는 예시적인 시스템 구성을 나타내는 블록도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공품 검사 장치 및 방법을 설명하는 도면이다.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 가공품 검사 장치는 검사 대상인 가공품(이하 "검사대상 가공품"이라 함)의 3차원 이미지를 생성하는 검사대상 가공품 3차원 이미지 생성부(100)(이하 간단히 '제1 이미지 생성부'라고도 함), 검사대상 가공품과 비교할 표준 가공품인 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 기준 가공품 3차원 이미지 생성부(200)(이하 간단히 '제2 이미지 생성부'라고도 함), 기준 가공품의 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환하는 2차원 이미지 변환부(300), 및 기준 가공품에 라인 레이저가 조사될 때 가준 가공품 또는 그에 인접한 스크린에 맺히는 레이저 이미지를 추출하는 기준 레이저 이미지 추출부(400)를 포함한다.
제1 이미지 생성부(100)는 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성한다. 예를 들어 제1 이미지 생성부(100)를 카메라를 이용하는 3차원 이미지 생성부(110) 및/또는 레이저를 이용하는 3차원 이미지 생성부(120) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
카메라를 이용하는 3차원 이미지 생성부(110)는 이상의 카메라로 검사대상 가공품을 촬영하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성한다. 레이저를 이용하는 3차원 이미지 생성부(120)는 레이저 조사장치에서 생성되는 라인(line) 레이저를 검사대상 가공품의 표면에 조사하고 검사대상 가공품을 촬영하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 레이저를 이용하는 3차원 이미지 생성부(120)는 라인 레이저를 검사대상 가공품의 표면에 조사하였을 때 표면에서 반사되어 검사대상 가공품에 인접하게 배치된 스크린에 맺히는 레이저의 이미지를 카메라로 촬영하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성할 수도 있다. 검사대상 가공품의 표면에서 반사되어 스크린에 맺히는 레이저 이미지로부터 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 방법에 대해서는 도4 내지 도6을 참조하여 후술하기로 한다.
제2 이미지 생성부(200)는 검사대상 가공품과 비교할 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성한다. 본 발명에서는 실제로 제작된 실물 가공품 중 가공 정밀도가 가장 높은 양품을 선정하고 이를 스캔하여 3차원 이미지를 생성하는 방식을 사용하지 않는다. 대신 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 제2 이미지 생성부(200)는 가공품 설계를 위한 기초 제원의 파라미터 및 이를 제작하기 위한 가공용 공구의 기초 제원의 파라미터에 기초하여 가장 이상적인 가공품의 3차원 이미지 데이터를 생성한다. 즉 '기준 가공품'은 실재하는 가공품으로부터 획득한 3차원 데이터가 아니라 가공품과 가공용 공구의 제원으로부터 컴퓨터 계산에 의해 생성한 가상의 가공품이며, 예를 들어 가공품의 표면(예컨대 가공품이 기어인 경우 기어 치면(齒面))을 구성하는 좌표들의 집합으로 이루어진다. 제2 이미지 생성부(200)의 구체적 구성에 대해서는 도7 및 도8을 참조하여 후술하기로 한다.
일 실시예에서 가공품 검사 장치는 기준 가공품과 검사대상 가공품을 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판정하는 제1 검사부를 더 포함한다. 제1 검사부는 제1 이미지 생성부(100)에서 획득한 검사대상 가공품의 3차원 이미지와 제2 이미지 생성부(200)에서 생성한 기준 가공품의 3차원 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서 가공품 검사 장치는 기준 가공품과 검사대상 가공품 각각의 2차원 이미지를 획득하여 이를 비교할 수 있다. 이를 위해 예컨대 도1에 도시한 것처럼 2차원 이미지 변환부(300) 및 2차원 이미지를 비교하여 불량 여부를 판단하는 제2 검사부를 더 포함할 수 있다.
2차원 이미지 변환부(300)는 기준 가공품의 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환한다. 도시한 실시예에서는 제1 이미지 생성부(200)에서 생성된 3차원 이미지로부터 2차원 이미지를 변환하는 것으로 도시하였지만, 대안적 실시예에서 임의의 다른 방식으로 얻어진 기준 가공품의 3차원 이미지로부터 2차원 이미지를 획득할 수도 있다.
한편 검사대상 가공품의 2차원 이미지는 검사대상 가공품을 카메라로 촬영하여 얻을 수 있으며, 제2 검사부는 이렇게 획득한 검사대상 가공품의 2차원 이미지와 2차원 이미지 변환부(300)에서 획득한 기준 가공품의 2차원 이미지를 비교하여 불량 여부를 판정할 수 있다. 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환하는 기술에 대해서는 도9 및 도10을 참조하여 후술하기로 한다.
일 실시예에서 가공품 검사 장치는 기준 가공품의 표면에 레이저가 조사될 때의 레이저 이미지와 검사대상 가공품의 표면에 레이저가 조사될 때의 레이저 이미지를 각각 획득하여 이를 비교할 수 있으며, 이를 위해 예컨대 도1에 도시한 것처럼 기준 레이지 이미지 추출부(400) 및 레이저 이미지를 비교하여 불량 여부를 판단하는 제3 검사부를 더 포함할 수 있다.
기준 레이저 이미지 추출부(400)는 기준 가공품에 라인 레이저가 조사될 때 가준 가공품 또는 그에 인접한 스크린에 맺히는 레이저 이미지를 생성한다. 예를 들어 기준 레이저 이미지 추출부(400)는 제1 이미지 생성부(200)에서 생성된 기준 가공품의 3차원 이미지로부터 기준 레이저 이미지를 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 기준 레이저 이미지 추출부(400)는 기준 가공품의 표면에 라인(line) 레이저를 조사하고 이 표면을 카메라로 촬영한 경우 기준 가공품 표면에 나타나는 레이저 이미지를 산출한다. 기준 가공품이 실재하지 않는 가상의 가공품이므로 기준 레이저 이미지도 가상의 레이저 이미지이다. 즉 기준 가공품, 레이저 조사장치, 및 카메라의 거리를 각각 소정 값으로 설정한 상태에서 레이저를 기준 가공품에 조사하였다고 가정했을 때 기준 가공품의 표면에 보여지는 레이저의 이미지를 수학적으로 계산하여 기준 레이저 이미지를 산출할 수 있다. 검사대상 가공품의 표면에 보여지는 기준 레이저 이미지를 산출하는 방법에 대해서는 도11 및 도12를 참조하여 후술하기로 한다.
검사대상 가공품의 레이저 이미지는 검사대상 가공품에 실제로 레이저를 조사하여 그 때 가공품 표면에 보여지는 레이저 라인을 카메라로 촬영하여 얻을 수 있다. 이 때 검사대상 가공품, 레이저 조사장치, 및 카메라의 각각의 거리 관계는 상기 기준 레이저 이미지 추출부(400)에서 기준 레이저 이미지를 산출하기 위해 가정했던 기준 가공품, 레이저 조사장치, 및 카메라의 거리의 각각의 수치와 동일하게 설정한다. 제3 검사부는 위와 같이 각각 획득한 기준 레이저 이미지와 검사대상 가공품의 표면에 보여지는 레이저 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단할 수 있다.
대안적 실시예에서, 기준 레이저 이미지 추출부(400)는 기준 가공품의 표면에 라인 레이저를 조사하고 이 표면에서 반사되어 스크린에 투영되는 가상의 레이저 이미지를 기준 레이저 이미지로서 산출할 수 있다. 기준 가공품, 레이저 조사장치, 카메라, 및 스크린의 거리 관계를 각각 소정 값으로 설정한 상태에서 레이저를 기준 가공품에 조사하였다고 가정했을 때 기준 가공품의 표면에서 반사되어 스크린에 맺히는 레이저의 이미지를 수학적으로 계산하여 기준 레이저 이미지를 산출할 수 있다.
이 때 검사대상 가공품에 대한 레이저 이미지는 검사대상 가공품에 실제로 레이저를 조사하여 그 때 가공품 표면에서 반사되어 스크린에 투영되는 레이저 라인을 카메라로 촬영하여 얻을 수 있다. 이 때 검사대상 가공품, 레이저 조사장치, 카메라, 및 스크린의 각각의 거리 관계는 상기 기준 레이저 이미지 추출부(400)에서 기준 레이저 이미지를 산출하기 위해 가정했던 기준 가공품, 레이저 조사장치, 카메라, 및 스크린의 각각의 거리 관계와 동일하게 설정한다. 제3 검사부는 위와 같이 각각 획득한 기준 레이저 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단할 수 있다.
검사대상 가공품의 표면에서 반사되어 스크린에 보여지는 레이저 이미지를 이용하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 방법은 검사대상 가공품의 표면이 매우 매끄럽거나 검사 동작시의 조명 환경 등에 따라 특히 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어 표면 거칠기(roughness)가 극히 낮은 가공품이거나 가공품을 제작한 직후인 경우 가공품 표면에 레이저를 조사하여도 가공품 표면에 레이저 라인이 잘 나타나지 않으므로 기존의 레이저 조사에 의한 가공품 검사 방법을 이용하기 힘든 문제가 있다. 그러나 본 발명과 같이 가공품 표면에서 반사되어 스크린에 맺히는 레이저 이미지를 이용하면 가공품 표면이 매끄러운 경우에도 가공품의 표면을 정확히 측정할 수 있으므로 레이저 조사에 의한 가공품 검사를 수행할 수 있다. 검사대상 가공품의 표면에서 반사되어 스크린에 맺히는 기준 레이저 이미지를 산출하는 방법에 대해서는 도13 및 도14를 참조하여 후술하기로 한다.
한편 본 발명의 일 실시예에서 가공품 검사 장치는 3차원 이미지의 비교 검사, 2차원 이미지의 비교 검사, 및/또는 레이저 이미지의 비교 검사 중 적어도 둘 이상을 조합하여 동시에 또는 순차적으로 수행하여 검사할 수 있다. 예를 들어, 3차원 이미지 생성부(100,200)에서 각각 생성한 기준 가공품의 3차원 이미지와 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 비교하는 동작을 수행하면서 이와 동시에 또는 순차적으로 기준 레이저 이미지 추출부(400)에서 추출된 기준 가공품의 레이저 이미지와 검사대상 가공품에 조사된 레이저의 레이저 이미지를 비교하는 동작을 수행할 수 있다.
또한 예컨대 기준 레이저 이미지 추출부(400)에서 기준 가공품에 라인 레이저를 조사했을 때 기준 가공품의 표면에 맺히게 될 가상의 제1 기준 레이저 이미지 및 기준 가공품에 인접한 스크린에 맺히게 될 가상의 제2 기준 레이저 이미지를 모두 추출하고 검사대상 가공품에 대해서도 검사대상 가공품의 표면과 그에 인접한 스크린에 맺히는 레이저 이미지를 각각 추출하여 가상의 제1 및 제2 기준 레이저 이미지를 그에 대응하는 각각의 레이저 이미지와 동시에 또는 순차적으로 비교하여 검사할 수도 있다.
도2는 일 실시예에 따른 가공품 검사 장치의 예시적인 장치 구성을 도시하였다. 도2의 가공품 검사 장치는 카메라를 이용하는 3차원 이미지 생성부(110)에서 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하고 제2 이미지 생성부(200)에서 기준 가공품의 이미지를 생성하여 서로 비교하고 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 검사 장치의 장치 구성일 수 있다.
도시한 실시예에서 가공품 검사 장치는 컴퓨팅 장치(10), 카메라(21), 카메라 지지대(25), 구동부(30), 가공품 지지대(35), 및 디스플레이(40)를 포함한다. 가공품 지지대(35)는 검사대상 가공품(G)을 지지하는 부재이다. 가공품 지지대(35)는 구동모터와 엔코더 등으로 구성된 구동부(30) 위에 설치될 수 있다. 구동부(30)의 구동모터는 지지대(35)를 회전시키며 엔코더는 지지대(35)의 회전량을 정밀하게 측정할 수 있다.
카메라(21)는 지지대(35) 위에 놓여지는 검사대상 가공품(G)을 촬영한다. 카메라(21)는 카메라 지지대(25) 위에 설치되어 상하 방향으로 이동할 수 있다. 카메라 지지대(25)와 가공품 지지대(35) 간의 거리는 소정 거리로 미리 설정되어 있다. 카메라(21)를 고정시킨 상태에서 검사대상 가공품(G)을 회전시키면서 가공품(G)을 촬영할 수 있고, 이 촬영된 이미지를 컴퓨팅 장치(10)로 전송한다. 컴퓨팅 장치(10)는 제1 이미지 생성부(100)를 포함하며, 제1 이미지 생성부(100)는 카메라(21)가 촬영한 검사대상 가공품(G)의 이미지에 기초하여 가공품의 3차원 이미지를 생성한다.
컴퓨팅 장치(10)는 이 장치에 기저장된 기준 가공품의 3차원 이미지와 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 비교하고 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 제1 검사부를 포함할 수 있다. 또한 디스플레이(40)를 통해 두 이미지의 비교 영상을 작업자에게 디스플레이하고 작업자가 직접 두 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단할 수도 있다.
검사대상 가공품(G)을 회전시키면서 카메라(21)로 촬영하여 검사대상 가공품(G)의 3차원 이미지를 생성하는 방법은 당업계에 공지되어 있는 다양한 알고리즘 중 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서 다각도에서 촬영한 이미지를 통합하여 3차원 구조를 추정하는 "움직임 기반 구조"(Structure From Motion: SFM) 방법을 이용할 수 있다. 다만 일반적인 SFM 방법과 달리 본 발명에서는 카메라(21)를 움직이지 않고 고정해둔 상태로 검사대상 가공품(G)을 회전시키면서 이미지를 다수 촬영하고 촬영한 이미지에서 특징이 있는 점(특징점)의 위치정보를 추출하여 가공품의 3차원 구조를 생성할 수 있다.
컴퓨팅 장치(10)는 2차원 이미지 변환부(300) 및 기준 가공품과 검사대상 가공품의 2차원 이미지를 비교하여 불량 여부를 판단하는 제2 검사부를 더 포함할 수 있다. 2차원 이미지 변환부(300)는 기준 가공품의 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환한다. 검사대상 가공품의 2차원 이미지는 예컨대 카메라(21)로 검사대상 가공품(G)을 촬영한 영상으로부터 직접 획득할 수 있다.
도3은 대안적 실시예에 따른 가공품 검사 장치의 예시적 장치 구성을 나타낸다. 도2의 가공품 검사 장치와 비교하여 도3의 가공품 검사 장치는 레이저를 이용하는 3차원 이미지 생성부(120)에서 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 기능 및/또는 레이저를 이용하여 검사대상 가공품(G)의 표면이나 스크린에 보여지는 레이저를 촬영하고 이 촬영된 레이저 이미지와 기준 레이저 이미지를 비교하여 가공품의 불량 여부를 판단하는 기능을 더 포함할 수 있다.
이를 위해 도3의 가공품 검사 장치는 도2의 가공품 검사 장치의 구성요소들에 더하여 제2 카메라(22), 레이저 조사장치(50), 및 스크린(60)을 더 포함한다. 도면에 도시하지 않았지만 도2와 마찬가지로 컴퓨팅 장치(10)와 디스플레이(40)를 구비하고 있다.
제1 카메라(21)는 가공품 지지대(35) 위에 놓여지는 검사대상 가공품(G)을 촬영하도록 배치되고 제2 카메라(22)는 스크린(60)에 맺히는 레이저의 이미지를 촬영하도록 배치된다. 레이저 조사장치(50)는 검사대상 가공품(G)을 향해 라인 레이저를 조사할 수 있다. 스크린(60)은 가공품 지지대(35)에서 소정 거리 이격되어 배치된다. 도면에는 스크린(60)이 가공품 지지대(35)의 상부에 배치된 것으로 도시하였지만 이는 예시적인 것이며, 예컨대 가공품 지지대(35)의 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 또한 스크린(60)이 두개 이상 구비될 수도 있고 예컨대 가공품 지지대(35)의 일 측면과 상부면에 배치되어 가공품(G)에서 다각도로 반사되는 레이저의 반사 이미지 중 일부 또는 전부가 스크린(60)에 투사될 수 있도록 배치할 수 있다. 레이저 조사장치(50)에서 가공품(G)의 표면에 레이저를 조사할 때 제1 카메라(21)가 가공품(G)의 표면을 촬영하여 레이저 이미지를 얻을 수 있다. 또한 대안적으로, 레이저 조사장치(50)에서 가공품(G)의 표면에 레이저를 조사하고 가공품(G)의 표면에서 반사되어 스크린(60)에 맺히는 레이저의 이미지를 제2 카메라(22)가 촬영하여 레이저 이미지를 얻을 수 있다. 이렇게 제1 카메라(21) 또는 제2 카메라(22)에 의해 얻어진 레이저 이미지는 컴퓨팅 장치(10)로 전송된다.
컴퓨팅 장치(10)는 레이저를 이용하는 3차원 이미지 생성부(120)를 구비한다. 3차원 이미지 생성부(120)는 제1 카메라(21)에 의해 획득한 가공품(G) 표면의 레이저 이미지로부터 가공품(G)의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 레이저를 임의의 대상물에 조사하여 대상물의 3차언 형상 정보를 획득하는 방법은 예컨대 한국 공개공보 제2011-0010300호("패널의 3차원 형상 정보를 얻는 방법") 등에 개시되었으며 본 발명에서도 이러한 공지의 방법을 이용하여 검사대상 가공품(G)의 3차원 이미지를 생성할 수 있다.
본 발명에서 레이저를 이용하는 3차원 이미지 생성부(120)는 라인 레이저를 검사대상 가공품(G)의 표면에 조사하고 가공품의 표면에서 반사되어 스크린(60)에 맺히는 레이저의 이미지를 제2 카메라(22)로 촬영하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성할 수도 있다. 도4 내지 도6은 이와 같이 스크린(60)에 나타나는 레이저 이미지를 촬영하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 예시적 방법을 나타낸다.
도4는 검사대상 가공품(G), 레이저 조사장치(50), 제2 카메라(22), 및 스크린(60)의 배치관계를 도식적으로 나타낸다. 레이저 조사장치(50)는 검사대상 가공품(G)의 표면으로 레이저를 비스듬히 조사할 수 있도록 배치되고, 가공품의 표면에서 반사된 레이저의 전부 또는 알부가 스크린(60)에 투사되도록 스크린(60)이 배치된다. 제2 카메라(22)는 스크린(60)에 투사되는 레이저의 이미지를 촬영할 수 있도록 배치된다. 이 때 검사대상 가공품(G), 레이저 조사장치(50), 제2 카메라(22), 및 스크린(60)의 서로간의 거리 관계는 미리 설정되어 있고 예컨대 컴퓨팅 장치(10)에 저장되어 있다.
도5는 레이저를 이용하여 검사대상 가공품(G)의 3차원 이미지를 생성하는 예시적 방법을 흐름도이다. 도면을 참조하면, 단계(S110)에서 카메라 좌표(OC), 레이저 좌표(OL), 및 스크린 좌표(OS)를 설정한다. 검사대상 가공품(G), 레이저 조사장치(50), 제2 카메라(22), 및 스크린(60)의 서로간의 거리 관계를 알고 있으므로 하나의 기준 좌표계를 설정하고 그 기준 좌표계를 기준으로 카메라 좌표(OC), 레이저 좌표(OL), 및 스크린 좌표(OS)의 각각을 원점 좌표를 설정할 수 있다.
그 후 단계(S120)에서, 레이저 조사장치(50)에서 라인 레이저(L1)를 검사대상 가공품(G)에 조사한다. 도5에 도시한 것처럼 검사대상 가공품(G)이 예컨대 기어인 경우, 레이저(L1)를 검사대상 가공품인 기어의 표면(치면)에 비스듬하게 조사하면 레이저가 표면에서 반사되고 반사된 레이저(L3)가 스크린(60)에 투사된다. 스크린(60)에 투사된 이 레이저(L3)의 이미지를 제2 카메라(22)로 촬영하여 레이저(L3)의 라인을 측정하고(단계 S130), 측정된 레이저(L3) 이미지로부터 레이저(L1)를 반사시킨 기어 표면의 좌표를 산출한다(단계 S140). 이와 관련하여 도6은 기어 표면의 형상을 측정하여 좌표를 산출하는 예시적 방법을 나타낸다.
도6을 참조하면, 레이저 조사장치(50)가 라인 레이저(L1)를 가공품(G) 표면에 비스듬히 조사하면, 라인 레이저(L1)가 일정한 폭(두께)을 갖고 있으므로, 예컨대 도6에 예시한 것처럼 레이저의 한쪽 끝은 제1 입사각(α)을 가지며 기어의 제1 표면(P11)에 조사되고 다른쪽 끝은 제2 입사각(β)을 가지며 기어의 제2 표면(P21)에 조사되고, 이 두 지점(P11, P21) 사이의 영역에 레이저(L2)의 이미지가 나타난다. 기어 표면에서 반사된 레이저는 스크린(60)에 레이저(L3)의 라인으로 투사가 된다. 이 때 제1 표면(P11)의 레이저는 제1 입사각(α)과 동일한 반사각으로 반사되고 제2 표면(P21)의 레이저는 제2 입사각(β)과 동일한 반사각으로 반사되어 각각 스크린의 제1 표면(P12)과 제2 표면(P22)에 투사된다.
제2 카메라(22)로 스크린(60)의 레이저(L3)를 촬영하면 스크린 좌표(OS)에서 레이저(L3)의 위치를 좌표로 산출할 수 있고, 레이저 조사장치(50)와 스크린(60)의 거리 및 좌표 정보를 이미 알고 있으므로, 기어 표면에 보여지는 라인 레이저(L2)의 3차원 좌표를 산출할 수 있고 이 3차원 좌표가 기어 표면의 좌표가 된다. 이와 같이 스크린(60)에 투사된 레이저(L3)의 이미지로부터 기어 표면의 좌표를 산출할 수 있고 라인 레이저(L1)를 기어 전체 표면에 걸쳐 스캔하면서 위의 단계를 반복하면 기어 전체 표면의 3차원 좌표군을 산출할 수 있다(단계 S150).
이제 도7 및 도8을 참조하여 제2 이미지 생성부(200)에 의한 기준 가공품의 3차원 이미지 생성 방법을 설명하기로 한다. 도시한 실시예에서는 기준 가공품이 기어인 것으로 전제하고 설명한다.
도7은 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 예시적 방법의 흐름도이고 도8은 가공용 공구의 고정 좌표계(Cc)와 기어 좌표계(Cg)에서 바라보는 가공용 공구 표면을 나타내었다.
도7을 참조하면, 단계(S210)에서 가공품의 기초 제원과 가공용 공구의 기초 제원을 입력한다. 예컨대 가공품이 기어인 경우 기어의 일반적인 기초 제원은 예를 들어 치형(profile) 종류, 압력각, 비틀림각, 잇수, 모듈, 어덴덤, 디덴덤, 전위계수, 치형수정 방식 및 치형수정량 등의 파라미터를 포함할 수 있다. 일반적으로 기어는 절삭공구를 이용해서 가공하며 이러한 기어 가공용 절삭 공구를 특정할 경우 공구의 기초 제원은 예컨대 치형 종류, 압력각, 비틀림각, 잇수, 모듈, 어덴덤, 디덴덤, 치두께, 이끝 필렛반경, 이뿌리 세미토핑 압력각 등의 파라미터를 포함할 수 있다.
또한 절삭 공구의 가공 방식이 특정되면 기어 가공시 공구와 기어간 운동관계를 정의한다. 예를 들어 이러한 운동관계는 예컨대 공구 회전축과 기어 회전축의 기하학적 위치관계(축간 거리, 축각) 및 기하학적 운동관계(회전축간 회전수 비, 급송(feed) 방향과 속도 등) 등의 파라미터를 포함할 수 있다.
그 후 단계(S210)에서 입력된 정보를 바탕으로 가공용 공구의 고정 좌표계(Oc) 기준으로 가공용 공구의 표면(치면) 수식을 정의한다(단계 S220). 예를 들어 도8에 도시한 것처럼 절삭공구 치면 수식은 2개의 독립 매개변수(
Figure 112019049701375-pat00001
)로 이루어진 벡터(
Figure 112019049701375-pat00002
)로 표현될 수 있고 따라서 절삭공구 치면은 이 벡터가 가리키는 점(Q)의 집합(
Figure 112019049701375-pat00003
)으로 나타낼 수 있다.
다음으로, 단계(S230)와 단계(S240)에서, 절삭공구와 기어 간 운동관계 방정식을 정의하고(S230) 가공용 공구의 치면 수식을 기어 좌표계(Cg) 기준의 치면 수식으로 변환한다(S240).
일 실시예에서 절삭공구와 기어의 상대위치 및 상대운동관계를 나타내는 변환행렬( M gc)을 생성하고, 아래 수학식1과 같이, 절삭공구 고정 좌표계 기준의 공구의 치면 수식(
Figure 112019049701375-pat00004
)에 변환행렬을 곱하여 기어 고정 좌표계 기준의 공구의 치면 수식(
Figure 112019049701375-pat00005
)으로 변환한다.
Figure 112019049701375-pat00006
--- 수학식1
수학식1에서 치면 수식(
Figure 112019049701375-pat00007
)은 절삭공구 치면을 나타내는 2개의 독립매개변수(
Figure 112019049701375-pat00008
)와 상대운동관계를 나타내는 1개의 독립매개변수(
Figure 112019049701375-pat00009
)가 합쳐져 총 3개의 독립매개변수(
Figure 112019049701375-pat00010
)로 표현된다.
다음으로, 단계(S250)에서 기어 치면의 경계조건으로서 물림 방정식을 정의하고 이를 만족하는 기어 표면의 3차원 치면 좌표군을 산출한다(S260).
단계(S250)에서 물림 방정식은 절삭공구와 기어가 서로 맞물릴 때 기어의 표면이 절삭공구 내측으로 들어가서는 안되는 것을 수식으로 정의한 것으로, 예를 들어 아래 수학식2와 같이, 기어 고정 좌표계 기준의 절삭공구 치면(
Figure 112019049701375-pat00011
)의 법선벡터와 상대속도 벡터를 각각 수식으로 표현하고 그 둘을 내적하여 물림방정식을 정의할 수 있다.
Figure 112019049701375-pat00012
--- 수학식2
기어 고정 좌표계 기준의 절삭공구 치면(
Figure 112019049701375-pat00013
)은 3개의 독립매개변수(
Figure 112019049701375-pat00014
)로 표현되어 있으므로 표면(surface)이 아닌 부피(volume)를 나타낸다. 물림방정식은 3개의 독립매개변수(
Figure 112019049701375-pat00015
)로 표현되는 조건식이다. 따라서 아래 수학식3으로 나타낸 것처럼, 수학식1과 수학식2(물림방정식)에 의해 3개의 매개변수(
Figure 112019049701375-pat00016
) 중 1개는 종속매개변수로 바뀌게 되고 2개의 독립매개변수(
Figure 112019049701375-pat00017
)가 절삭공구 치면을 나타내는 수식이 되고, 이 수식이 결국 가공된 기어의 3차원 표면을 나타내는 기어 치면 좌표군(
Figure 112019049701375-pat00018
)이 된다.
Figure 112019049701375-pat00019
--- 수학식3
이상과 같이 본 발명에서는 가공품 설계를 위한 기초 제원의 파라미터 및 이를 제작하기 위한 가공용 공구의 기초 제원의 파라미터에 기초하여 가공품의 3차원 이미지 데이터를 생성하므로 실제 가공품 중 양품을 선정하고 이를 스캔하여 기준 가공품의 데이터를 생성하는 종래 방식에 비해 훨씬 정밀하고 이상적인 기준 가공품 데이터를 얻을 수 있다.
이제 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환하는 기술에 대해 도9 및 도10을 참조하여 설명하기로 한다. 3차원 이미지를 2차원이미지로 변환하는 동작은 예컨대 도1의 2차원 이미지 변환부(300)에서 실행될 수 있다.
도9은 가상의 기준 가공품(VG)과 제1 카메라(21)의 관계를 도식적으로 나타내는 도면이고, 도10은 기준 가공품의 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환하는 예시적 방법의 흐름도이다.
도9에서 제1 카메라(21)는 소정의 이격된 거리에서 기준 가공품(VG)을 촬영한다고 가정한다. 이 때 기준 가공품(VG)은 실재하는 실물이 아니지만 가공품 지지대(35)에 올려져 있다고 가정하고 이 지지대(35)에서 소정 거리 이격되어 배치된 제1 카메라(21)에서 이 가공품(VG)을 촬영한다고 가정하는 것이다. 이 때 좌표계(OM)는 기준 좌표계로서 예컨대 월드 좌표계이거나 도6 내지 도8에서 설명한 기어 좌표계 등 임의의 좌표계일 수 있다. 좌표계(OC)는 카메라 좌표계이다.
도10을 참조하면, 단계(S310)에서 기준 좌표계(OM)에서 기어의 3차원 치면을 정의한다. 즉 기준 좌표계(OM)에서 바라보는 기어의 3차원 좌표의 집합을 정의한다. 예컨대 기준 좌표계가 도6 내지 도8에서 설명한 기어 좌표계인 경우 기어의 3차원 좌표의 수학식3에 나타낸 기어 치면 좌표군(
Figure 112019049701375-pat00020
)일 수 있다.
그 후 단계(S320)에서 카메라 좌표(Oc)를 설정하고 단계(S330)에서 카메라 파라미터(K, R, T)를 산출한다. 즉 카메라 좌표(OC)가 기준 좌표계(OM)로부터 얼마나 떨어져있고 회전되어 있는지에 따라 카메라 파라미터를 계산한다.
이 때 K는 카메라 내부 변수로서 카메라 렌즈, 이미지 센서 어레이의 틀어짐 등 카메라마다 각기 다른 값을 가지고 있으며, 예를 들어 아래 수학식4와 같이 행렬로 표현될 수 있다.
Figure 112019049701375-pat00021
--- 수학식4
위 수학식4에서 각 변수는 아래 표1과 같다.
성분 명칭 설명
u 0 , v 0 Principal point 카메라 센터
α, β Focal Length 카메라 초첨거리(in pixel)
γ Skew Parameter 영상 센서의 틀어진 정도 (제조과정)
카메라 파라미터 중 "R"과 "T"는 카메라 외부 변수로서, R은 기준 좌표계(OM)를 기준으로 카메라의 회전 정도를 나타내고 T는 기준 좌표계(OM)와 카메라 좌표의 평행 이동 거리를 나타내며 행렬로 표현된다.
그 후 단계(S340)에서 카메라 파라미터를 이용하여 3차원 치면 좌표를 제1 카메라(21)에서 바라보는 2차원 이미지 좌표로 변환한다. 일 실시예에서 아래 수학식5와 같이 3차원 치면 좌표에
2차원 이미지 좌표를 구한다.
Figure 112019049701375-pat00022
--- 수학식5
위 수학식5에서 "X"는 기준 좌표계(OM)에서 바라보는 기어 표면의 좌표, "x"는 제1 카메라(21)에서 바라보는 기어 표면의 좌표, 그리고 [R|T]는 카메라 외부 변수의 행렬식이다.
위와 같이 기준 가공품(VG)의 3차원 이미지를 제1 카메라(21)에서 바라보는 2차원 이미지 좌표로 변환한 후, 필요에 따라 카메라 왜곡 파라미터를 적용하는 단계(S350)를 추가로 실행할 수 있다. 일반적으로 카메라는 렌즈 주변부로 갈수록 이미지의 왜곡 현상이 나타날 수 있으며 이러한 왜곡이 존재하는 경우 왜곡을 보정하는 작업을 단계(S350)에서 수행할 수 있다.
이제 검사대상 가공품의 표면에 보여지는 기준 레이저 이미지를 산출하는 방법에 대해 도11 및 도12를 참조하여 설명한다. 기준 레이저 이미지를 산출하는 동작은 예컨대 도1의 기준 레이저 이미지 추출부(400)에서 실행될 수 있다
도11은 가상의 기준 가공품(VG)과 제1 카메라(21) 및 레이저 조사장치(50)의 관계를 도식적으로 나타내는 도면이고, 도12는 일 실시예에 따라 기준 가공품의 3차원 이미지에서 기준 레이저 이미지를 추출하는 방법의 흐름도이다.
도11에서 레이저 조사장치(50)가 가상의 기준 가공품(VG)의 표면에 라인 레이저를 조사하고 이 때 기준 가공품 표면에 나타내는 레이저 이미지를 제1 카메라(21)가 촬영한다고 가정한다. 기준 가공품(VG)은 실재하는 실물이 아니지만 가공품 지지대(35)에 올려져 있다고 가정하고 가공품 지지대(35), 제1 카메라(21), 및 레이저 조사장치(50) 서로의 거리 관계는 기설정된 값으로 알고 있으며, 레이저 조사장치(50)에서 기준 가공품(VG)의 표면을 향해 라인 레이저를 조사하고 가공품의 표면을 제1 카메라(21)가 촬영한다고 가정했을 때의 가공품 표면의 레이저 이미지를 산출하는 것이다. 이 때 좌표계(OM)는 기준 좌표계로서 예컨대 월드 좌표계이거나 도6 내지 도8에서 설명한 기어 좌표계 등 임의의 좌표계일 수 있고, 좌표계(OC)는 카메라 좌표계, 좌표계(OL)는 레이저 조사장치의 좌표계이다.
도12를 참조하면, 단계(S410)에서 기준 좌표계(OM)에서 기어의 3차원 치면을 정의한다. 즉 기준 좌표계(OM)에서 바라보는 기어의 3차원 좌표의 집합을 정의한다. 예컨대 기준 좌표계가 도6 내지 도8에서 설명한 기어 좌표계인 경우 기어의 3차원 좌표의 수학식3에 나타낸 기어 치면 좌표군(
Figure 112019049701375-pat00023
)일 수 있다.
그 후 단계(S420)에서 카메라 좌표(Oc)와 레이저 좌표(OL)를 설정하고, 단계(S430)에서 레이저 조사장치(50)가 기준 가공품(VG)의 표면에 소정 각도로 레이저를 조사하고 가공품 표면에 맺히는 레이저 이미지를 제1 카메라(21)가 촬영했을 때의 레이저 이미지를 산출한다. 가공품 지지대(35)와 레이저 조사장치(50) 간의 거리 관계를 이미 알고 있으므로 레이저 조사장치(50)에서 소정 각도로 조사되는 레이저가 기준 가공품(VG)의 표면 어느 위치에 조사되는지 계산할 수 있다.
그 후 단계(S440)에서 카메라 파라미터(K, R, T)를 계산한다. 카메라 파라미터는 도10의 단계(S330)를 참조하여 설명한 카메라 파라미터와 동일한 의미를 가지며 도10을 참조하여 설명한 것과 동일 또는 유사한 방식으로 계산될 수 있으므로 설명을 생략한다.
다음으로, 단계(S450)에서 카메라 파라미터를 이용하여 카메라 좌표계의 레이저 이미지를 계산한다. 즉 기준 가공품(VG)의 표면에 맺힌 레이저 이미지를 제1 카메라(21)의 관점에서 볼 때의 이미지로 변환한다. 이 단계는 도10의 단계(S340)를 참조하여 설명한 것과 유사하게 카메라 파라미터(R, T)에 기초한 좌표변환 행렬식을 사용하여 변환할 수 있다. 그 후, 도면에 도시하지 않았지만, 예컨대 도10의 단계(S350)와 유사하게 필요에 따라 카메라 왜곡 파라미터를 적용하는 단계를 더 추가할 수 있다.
이제 검사대상 가공품의 표면에서 반사되어 스크린에 맺히는 기준 레이저 이미지를 산출하는 방법에 대해 도13 및 도14를 참조하여 후술하기로 한다. 이 방법은 예컨대 도1의 기준 레이저 이미지 추출부(400)에서 실행될 수 있다.
도13은 가상의 기준 가공품(VG)과 제2 카메라(22), 레이저 조사장치(50), 및 스크린(60)의 관계를 도식적으로 나타내는 도면이고, 도14는 기준 가공품의 3차원 이미지에서 기준 레이저 이미지를 추출하는 예시적 방법을 설명하는 흐름도이다.
도13에서 레이저 조사장치(50)가 가상의 기준 가공품(VG)의 표면에 라인 레이저를 조사하고 이 때 기준 가공품 표면에서 반사되어 스크린(60)에 투사되는 레이저 이미지를 제2 카메라(22)가 촬영한다고 가정한다. 기준 가공품(VG)은 실재하는 실물이 아니지만 가공품 지지대(35)에 올려져 있다고 가정하고 가공품 지지대(35), 제2 카메라(22), 레이저 조사장치(50), 및 스크린(60) 서로의 거리 관계는 기설정된 값으로 알고 있으며, 레이저 조사장치(50)에서 기준 가공품(VG)의 표면을 향해 라인 레이저(L1)를 조사하고 가공품의 표면에서 반사되어 스크린(60)에 맺히게 될 가상의 레이저 이미지(L3)를 제2 카메라(22)가 촬영한다고 가정했을 때의 레이저 이미지(L3)를 산출하는 것이다. 이 때 좌표계(OM)는 기준 좌표계로서 예컨대 월드 좌표계이거나 도6 내지 도8에서 설명한 기어 좌표계 등 임의의 좌표계일 수 있고, 좌표계(OC)는 카메라 좌표계, 좌표계(OL)는 레이저 조사장치의 좌표계, 좌표계(OS)는 스크린 좌표계이다.
도14를 참조하면, 단계(S510)에서 기준 좌표계(OM)에서 기어의 3차원 치면을 정의한다. 즉 기준 좌표계(OM)에서 바라보는 기어의 3차원 좌표의 집합을 정의한다. 예컨대 기준 좌표계가 도6 내지 도8에서 설명한 기어 좌표계인 경우 기어의 3차원 좌표의 수학식3에 나타낸 기어 치면 좌표군(
Figure 112019049701375-pat00024
)일 수 있다.
그 후 단계(S520)에서 카메라 좌표(OC), 레이저 좌표(OL), 및 스크린 좌표(OS)를 설정하고, 단계(S530)에서 기준 가공품(VG)에 레이저(L1)를 조사할 때 기준 가공품 표면에서 반사되는 레이저의 입사각과 반사각을 계산하고, 단계(S540)에서, 기준 가공품 표면에서 반사되어 스크린 표면에 맺히는 가상의 레이저 이미지(L3)의 좌표를 계산한다.
가공품 지지대(35), 제2 카메라(22), 레이저 조사장치(50), 및 스크린(60) 서로의 거리 관계를 이미 알고 있으므로, 레이저 조사장치(50)가 기준 가공품(VG)의 표면에 소정 각도로 레이저를 조사하고 가공품 표면에서 반사되어 스크린(60)에 맺히는 레이저 이미지를 제2 카메라(22)가 촬영했을 때의 레이저 이미지를 산출할 수 있다.
그 후 단계(S540)에서 카메라 파라미터(K, R, T)를 계산하고 단계(S50)에서 카메라 파라미터를 이용하여 카메라 좌표계의 레이저 이미지를 계산한다. 이 단계(S540, S550)는 도12의 단계(S440, S450)와 각각 유사한 방식으로 수행할 수 있으므로 설명을 생략한다. 또한 도10의 단계(S350)와 유사하게 필요에 따라 카메라 왜곡 파라미터를 적용하는 단계를 더 추가할 수도 있다.
도15는 일 실시예에 따른 가공품 검사 방법을 구현하는 예시적인 시스템 구성을 나타내는 블록도이다.
도15를 참조하면, 일 실시예에 가공품 검사 방법을 수행하는 가공품 검사 장치(10)는 도5, 도7, 도10, 도12, 및/또는 도14에 도시한 흐름도의 단계들을 실행할 수 있는 임의의 컴퓨팅 장치일 수 있고, 도시한 것처럼 프로세서(11), 메모리(12), 및 저장장치(13)를 포함할 수 있다.
저장장치(13)는 하드 디스크 드라이브 또는 플래시 메모리 등과 같이 데이터를 반영구적으로 저장할 수 있는 저장매체로서, 도5, 도7, 도10, 도12, 및/또는 도14의 흐름도를 수행하는 알고리즘을 포함할 수 있다. 예를 들어 저장장치(13)는 제1 이미지 생성부(100)에서 실행 가능하며 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 알고리즘(150), 제2 이미지 생성부(200)에서 실행 가능하며 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 알고리즘(250), 2차원 이미지 변환부(300)에서 실행 가능하며 기준 가공품의 3차원 이미지를 2차원 이미지로 변환하는 알고리즘(350), 기준 레이저 이미지 추출부(400)에서 실행 가능하며 가공품의 표면 또는 스크린에 맺히는 레이저 라인을 추출하고 2차원 이미지로 변환하는 알고리즘(450), 및 기준 가공품과 검사대상 가공품을 비교하고 불량 여부를 판단하는 비교 및 검사 알고리즘(500) 등의 소프트웨어 중 적어도 하나를 저장할 수 있다.
이러한 각종 프로그램이나 알고리즘이 저장장치(13)에 저장되어 있다가 프로세서(110)의 제어 하에 메모리(12)에 로딩되어 실행될 수 있다. 대안적으로, 일부 프로그램이나 알고리즘이 시스템(10)과는 별도로 존재하는 외부 장치나 서버에 존재할 수 있고, 시스템(10)에서 데이터나 변수를 해당 외부 장치나 서버에 요청하면 이 외부 장치나 서버가 프로그램 또는 알고리즘을 실행한 뒤 그 결과 데이터를 시스템(10)에 전달할 수도 있다.
상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 컴퓨팅 장치 21, 22: 카메라
25: 카메라 지지대 30: 구동부
35: 가공품 지지대 40: 디스플레이
50: 레이저 조사장치 60: 스크린
100: 검사대상 가공품 3차원 이미지 생성부
200: 기준 가공품 3차원 이미지 생성부
300: 2차원 이미지 변환부
400: 기준 레이저 이미지 추출부

Claims (15)

  1. 검사대상 가공품을 기준 가공품과 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 가공품 검사 방법으로서,
    가공품의 기초제원 파라미터, 가공품을 가공하는 가공용 공구의 기초제원 파라미터, 및 상기 가공용 공구와 가공품 간의 운동관계에 기초하여 가상의 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계;
    카메라 또는 라인 레이저를 이용하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계; 및
    상기 기준 가공품의 3차원 이미지와 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 제1 검사 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계가,
    상기 가공용 공구의 고정 좌표계 기준으로 가공용 공구의 표면 수식을 정의하는 단계;
    가공품과 가공용 공구 간 운동관계 방정식을 정의하는 단계; 및
    상기 가공용 공구의 표면 수식을 가공품 좌표계 기준의 표면 수식으로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 단계가,
    라인 레이저를 검사대상 가공품에 조사하는 단계;
    검사대상 가공품의 표면에서 반사되어 스크린에 맺힌 레이저 이미지를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 레이저 이미지로부터 레이저를 반사시킨 가공품의 표면의 좌표를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    기준 가공품에 라인 레이저를 조사할 때의 기준 가공품 표면의 가상의 제1 레이저 이미지를 산출하는 단계;
    검사대상 가공품에 라인 레이저를 조사하여 검사대상 가공품 표면의 제2 레이저 이미지를 촬영하는 단계; 및
    상기 제1 레이저 이미지와 제2 레이저 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 제2 검사 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 레이저 이미지를 산출하는 단계가,
    기준 가공품에 레이저를 조사할 때의 기준 가공품 표면의 제1 레이저 이미지의 좌표를 계산하는 단계;
    검사대상 가공품을 촬영할 카메라의 카메라 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 카메라 파라미터에 기초하여 상기 제1 레이저 이미지의 좌표를 카메라 좌표계 기준의 좌표로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    기준 가공품에 레이저를 조사할 때 기준 가공품의 표면에서 반사되어 스크린에 맺히는 가상의 제1 레이저 이미지를 산출하는 단계;
    검사대상 가공품에 라인 레이저를 조사하여 검사대상 가공품 표면의 제2 레이저 이미지를 촬영하는 단계; 및
    상기 제1 레이저 이미지와 제2 레이저 이미지를 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 제2 검사 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 레이저 이미지를 산출하는 단계가,
    기준 가공품에 레이저를 조사할 때 기준 가공품 표면에서 반사되는 레이저의 입사각과 반사각을 계산하는 단계;
    기준 가공품 표면에서 반사되어 스크린 표면에 맺히는 상기 제1 레이저 이미지의 좌표를 계산하는 단계;
    스크린의 제1 레이저 이미지를 촬영할 카메라의 카메라 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 카메라 파라미터에 기초하여 상기 제1 레이저 이미지의 좌표를 카메라 좌표계 기준의 좌표로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 방법.
  8. 검사대상 가공품을 기준 가공품과 비교하여 검사대상 가공품의 불량 여부를 판단하는 가공품 검사 장치로서,
    검사대상 가공품을 지지하는 지지대(35);
    상기 지지대를 회전시키는 구동모터(30);
    상기 지지대에서 소정 거리 이격되어 검사대상 가공품을 촬영하는 제1 카메라(21);
    상기 제1 카메라가 촬영한 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 검사대상 가공품 이미지 생성부(100); 및
    상기 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 가상의 기준 가공품의 3차원 이미지와 비교하여 불량 여부를 판단하는 제1 검사부;를 포함하고,
    상기 기준 가공품의 3차원 이미지는 가공품의 기초제원 파라미터, 가공품을 가공하는 가공용 공구의 기초제원 파라미터, 및 상기 가공용 공구와 가공품 간의 운동관계에 기초하여 생성된 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 기준 가공품 이미지 생성부(200)를 더 포함하고, 상기 기준 가공품 이미지 생성부는,
    가공품의 기초제원 파라미터와 가공용 공구의 기초제원 파라미터에 기초하여 가공용 공구의 고정 좌표계 기준으로 가공용 공구의 표면 수식을 정의하는 단계;
    가공품과 가공용 공구 간 운동관계 방정식을 정의하는 단계; 및
    상기 가공용 공구의 표면 수식을 가공품 좌표계 기준의 표면 수식으로 변환하는 단계;를 실행하여 기준 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지대에 설치된 검사대상 가공품을 향해 라인 레이저를 조사하는 레이저 조사장치(50);
    상기 지지대에서 소정 거리 이격되어 배치된 스크린(60); 및
    상기 레이저 조사장치에서 조사되고 검사대상 가공품의 표면에 반사되어 상기 스크린에 맺힌 레이저의 레이저 이미지를 촬영하는 제2 카메라(22);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 검사대상 가공품 이미지 생성부(100)는 상기 제2 카메라가 촬영한 레이저 이미지에 기초하여 검사대상 가공품의 3차원 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저 조사장치에서 조사된 레이저를 기준 가공품에 조사할 때의 기준 가공품 표면의 가상의 제1 레이저 이미지를 산출하는 레이저 이미지 추출부; 및
    상기 레이저 조사장치가 검사대상 가공품에 레이저를 조사했을 때 상기 제1 카메라가 촬영한 검사대상 가공품 표면의 제2 레이저 이미지를 상기 레이저 이미지 추출부에서 산출된 제1 레이저 이미지와 비교하여 불량 여부를 판단하는 제2 검사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 레이저 이미지 추출부가,
    기준 가공품에 레이저를 조사할 때의 기준 가공품 표면의 상기 가상의 제1 레이저 이미지의 좌표를 계산하는 단계;
    상기 제1 카메라의 카메라 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 카메라 파라미터에 기초하여 상기 제1 레이저 이미지의 좌표를 카메라 좌표계 기준의 좌표로 변환하는 단계;를 실행하여 상기 제1 레이저 이미지를 산출하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저 조사장치가 레이저를 기준 가공품에 레이저를 조사할 때 기준 가공품의 표면에서 반사되어 상기 스크린에 맺히는 가상의 제1 레이저 이미지를 산출하는 레이저 이미지 추출부; 및
    상기 레이저 조사장치가 레이저를 검사대상 가공품에 조사했을 때 상기 제1 카메라가 촬영한 검사대상 가공품 표면의 제2 레이저 이미지를 상기 레이저 이미지 추출부에서 산출된 제1 레이저 이미지와 비교하여 불량 여부를 판단하는 제2 검사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 레이저 이미지 추출부가,
    상기 레이저 조사장치가 레이저를 기준 가공품에 조사할 때 기준 가공품 표면에 조사되고 반사되는 레이저의 입사각과 반사각을 계산하는 단계;
    상기 제2 카메라의 카메라 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 카메라 파라미터에 기초하여 상기 제1 레이저 이미지의 좌표를 카메라 좌표계 기준의 좌표로 변환하는 단계;를 실행하여 상기 제1 레이저 이미지를 산출하는 것을 특징으로 하는 가공품 검사 장치.
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