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KR20150132701A - 3차원 자동 측정장치 및 3차원 자동 측정방법 - Google Patents

3차원 자동 측정장치 및 3차원 자동 측정방법 Download PDF

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KR20150132701A
KR20150132701A KR1020140058684A KR20140058684A KR20150132701A KR 20150132701 A KR20150132701 A KR 20150132701A KR 1020140058684 A KR1020140058684 A KR 1020140058684A KR 20140058684 A KR20140058684 A KR 20140058684A KR 20150132701 A KR20150132701 A KR 20150132701A
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KR
South Korea
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product
camera
infrared
dimensional
high resolution
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020140058684A
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English (en)
Inventor
서정화
김대현
김남동
홍지중
Original Assignee
주식회사 마인즈아이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 마인즈아이 filed Critical 주식회사 마인즈아이
Priority to KR1020140058684A priority Critical patent/KR20150132701A/ko
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Abstract

본 발명은 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도 카메라를 포함하는 카메라모듈을 다 관절 로봇에 장착하고, 상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라을 이용하여 거치대에 거치된 제품의 자세를 추정하고, 추정된 자세에 따라 상기 다 관절 로봇의 동작을 제어하여 상기 카메라모듈의 위치를 조정한 후, 상기 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 제품의 디스플레이 패널의 특성을 검사하는 3차원 자동 측정장치 및 3차원 자동 측정방법을 개시(introdue)한다. 상기 본 발명에 따른 3차원 자동 측정장치는, 거치대, 다 관절 로봇 및 제어장치를 구비한다. 상기 본 발명에 따른 3차원 자동 측정방법은, 3차원 자동 측정장치를 이용하여, 제품의 디스플레이 특성을 자동으로 측정하는 것으로, 제품자세 추정단계, 카메라 위치조정단계 및 제품특성검사단계를 구비한다.

Description

3차원 자동 측정장치 및 3차원 자동 측정방법 {3 dimensional automatic measurement unit and method}
본 발명은 ＬＣＤ 모듈과 같은 장치들의 디스플레이 패널의 특성검사를 수행하는 측정장치에 관한 것으로, 특히 로봇에 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도 카메라를 포함하는 카메라모듈을 장착하고, 상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라를 이용하여 검사 대상 제품의 자세의 추정, 추정된 자세에 따른 로봇의 동작 제어하고, 상기 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 제품의 디스플레이 패널의 특성을 자동으로 검사하는 3차원 자동 측정장치에 관한 것이다.
ＬＣＤ 모듈과 같은 디스플레이 장치들은 제조 과정 중 마지막 단계에서 디스플레이 패널의 특성에 대해 검사한다.
도 1은 디스플레이 패널의 특성 검사의 불량 유형 및 형상에 대한 것이다.
도 1에 도시된 형태 이외에도 다양한 형태의 불량이 있지만, 도 1에는 선형 가로줄 얼룩, 선형 세로줄 얼룩, BLOCK 성 가로줄 얼룩, BLOCK 성 세로줄 얼룩, CF성 가로줄, CF성 세로줄, 변색 얼룩, 비 내림성 세로줄, 때 얼룩 및 출력성 세로줄 등을 예로 들어 설명하였다.
상기와 같은 검사는 조립이 최종적으로 완료된 디스플레이 제품(이하 제품)을 팔레트(palette, 도 2 참조)에 거치(loading)한 후 육안으로 진행하였다.
도 2는 디스플레이 장치 측정용 거치대를 나타낸다.
도 2는 2개의 팔레트 즉 거치대(200)가 서로 마주보면 경사지게 설치된 것을 예로 설명하는 것으로, 도 2(a)는 측면도, 도 2(b)는 전면도 그리고 도 2(c)는 전면도를 각각 나타낸다. 거치대(200)에는 측정 대상이 되는 디스플레이 장치들(210 ~ 250)이 각각 거치되어 있다.
2개의 거치대가 서로 마주 보도록 설치한 것은 검사의 효율을 위한 것으로, 다양한 형태로 설치하는 것이 가능하며, 동일한 검사 라인에서 여러 모델들을 검사하여야 하므로, 거치대(200)에 놓여 지는 제품의 크기 및 형태는 다양할 것이다.
도 3은 거치대에 디스플레이 장치가 거치된 형태를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 장치(210)는 거치대의 경사면을 따라 평행하게 거치될 수도 있지만(a), 일정한 각도로 기울어지도록 거치될 수도 있고(b), 거치대의 면과 일치하지 않는 방향으로 거치될 수도(c) 있다는 것을 알 수 있다.
도 4는 디스플레이 장치의 위치에 따른 이미지의 차이를 나타낸다.
도 4에 도시된 디스플레이 이미지는 동일한 디스플레이 장치를 거치된 위치 및 각도를 다르게 한 것으로, 동일한 디스플레이 장치인 경우라 할 지라도 위치 및 놓여진 각도에 따라 이미지가 다르게 보인다는 것을 알 수 있으며, 이미지의 중간에 표시된 숫자는 포커싱 값이다.
도 4(a)에 도시된 이미지에 비해 도 4(b)에 도시된 이미지의 포커싱 값의 편차가 더 심하다는 것을 알 수 있다.
도 1 내지 도 4에 대한 설명에서 언급하였듯이, 다양한 형태 및 크기를 가지는 복수의 디스플레이 장치의 특성 검사는 놓여지는 위치 및 각도에 따라 포커싱이 다르게 나타날 수 밖에 없어, 종래에는 이를 육안에 의한 검사에 의지할 수 밖에 없어 검사 시간 및 검사효율이 높지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도 카메라를 포함하는 카메라모듈을 다 관절 로봇에 장착한 후, 상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 거치대에 거치된 제품의 자세를 추정하고, 추정된 자세에 따라 상기 다 관절 로봇의 동작을 제어하여 상기 카메라모듈의 위치를 조정한 후, 상기 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 제품의 디스플레이 패널의 특성을 검사하는 3차원 자동 측정장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 3차원 자동 측정장치를 이용하여 상기 제품의 디스플레이 패널의 특성을 검사하는 3차원 자동 측정방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 자동 측정장치는, 거치대, 다 관절 로봇 및 제어장치를 구비한다. 상기 거치대는 검사의 대상이 되는 제품을 로딩한다. 상기 다 관절 로봇은 헤드부에 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도 카메라가 포함된 카메라모듈이 설치된다. 상기 제어장치는 상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라로 입력되는 영상으로부터 상기 거치대에 거치된 제품의 자세를 3차원으로 추정하고, 추정된 제품의 자세에 따라 상기 다 관절 로봇의 동작을 제어하여 상기 카메라모듈의 위치를 조정한 후, 상기 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 제품의 디스플레이 특성을 검사한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 자동 측정방법은, 3차원 자동 측정장치를 이용하여, 제품의 디스플레이 특성을 자동으로 측정하는 것으로, 제품자세 추정단계, 카메라 위치조정단계 및 제품특성검사단계를 구비한다. 상기 제품자세 추정단계는 상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 거치대에 거치된 제품의 자세를 3차원으로 추정한다. 상기 카메라 위치조정단계는 추정된 상기 제품의 자세에 따라 상기 다 관절 로봇의 헤드에 설치된 상기 카메라모듈의 위치를 조정한다. 상기 제품특성검사단계는 위치가 조정된 상기 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 제품의 디스플레이 특성을 검사한다.
본 발명에 따른 3차원 자동 측정장치 및 3차원 자동 측정방법을 사용하는 경우, 디스플레이 패널의 특성 검사의 불량 유형 및 형상을 육안으로 하지 않고 검사의 판단을 일정하게 유지할 수 있어 검사의 신뢰성을 최대한으로 할 수 있고, 검사에 소요되는 시간도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 디스플레이 패널의 특성 검사의 불량 유형 및 형상에 대한 것이다.
도 2는 디스플레이 장치 측정용 거치대를 나타낸다.
도 3은 거치대에 디스플레이 장치가 거치된 형태를 나타낸다.
도 4는 디스플레이 장치의 위치에 따른 이미지의 차이를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 자동 측정장치의 예를 나타낸다.
도 6은 카메라모듈의 사진이다.
도 7은 디스플레이 제품의 위치 정보를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 3차원 자동 측정방법을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 자동 측정방법 중 카메라 위치조정 과정을 나타낸다.
도 10은 카메라 위치조정 전후의 상태를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 자동 측정장치의 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 자동 측정장치(500)는, 거치대(510), 다 관절 로봇(520) 및 제어장치(530)를 포함한다.
거치대(510)는 검사의 대상이 되는 제품(210)을 로딩한다. 다 관절 로봇(520)은 헤드부에 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도 카메라가 포함된 카메라모듈(525)이 설치된다. 제어장치(530)는 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라로 입력되는 영상으로부터 거치대(510)에 거치된 제품(210)의 자세를 추정하고, 추정된 자세에 따라 다 관절 로봇(520)의 동작을 제어하여 카메라모듈(525)의 위치를 조정한 후, 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 제품(210)의 디스플레이 특성을 검사한다.
여기서 제품(210)의 자세는, 제품(210)의 거치대(510)에서의 위치 및 거치대(510) 면과 이루는 각도이다. 제품의 자세를 추정한 후 수행하는 카메라모듈의 위치의 조정은, 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라의 수신 렌즈 및 2Ｄ 고해상도 카메라의 수신 렌즈가 제품(210)의 면 중앙의 수직 상방향에 위치하도록 하는 것이다.
적외선 3Ｄ 스테레오 카메라는, 제품(210)에 대한 적외선 영역의 영상을 서로 일정 거리 떨어진 2개의 카메라를 이용하여 수신한다. 제어장치(530)가 수행하는 제품의 디스플레이 특성은, 도 1에 도시된 불량으로, 디스플레이 패널에 나타나는 선형 가로줄 얼룩, 선형 세로줄 얼룩, BLOCK 성 가로줄 얼룩, BLOCK 성 세로줄 얼룩, CF성 가로줄, CF성 세로줄, 변색 얼룩, 비 내림성 세로줄, 때 얼룩 및 출력성 세로줄 중 적어도 하나를 포함한다.
여기서 제어장치(530)는 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라를 이용하여 획득한 3차원 영상 데이터를 이용하여, 제품의 위치 및 각도를 고려한 다 관절 로봇(520)의 이동량을 계산하고, 다 관절 로봇(520)의 이동을 명령하고, 2Ｄ 고해상도 카메라의 배율을 필요에 따라 변경하도록 지시하며, 내부에 설치된 검사 알고리즘에 수신된 영상정보를 적용하여 제품 특히 디스플레이의 특성을 검사한다.
도 6은 카메라모듈의 사진이다.
도 6을 참조하면, 카메라모듈(525)은 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도 카메라를 포함하며, 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라는 복수의 렌즈를 구비하여 대상 물체를 3차원적으로 촬영할 수 있고, 적외선 조명을 사용함으로써 주변환경의 밝기에 영향을 최소한으로 감소시킬 수 있으며, 제품의 검사는 2Ｄ 고해상도 카메라를 이용하여 수행한다. 따라서 본 발명에 따른 카메라모듈(525)의 경우 카메라모듈(525)의 위치 조정과 제품의 검사에 서로 다른 카메라를 사용함으로써 보다 적절한 카메라를 선택할 수 있다는 장점이 있다.
도 7은 디스플레이 제품의 위치 정보를 나타낸다.
도 7(a) 및 (b)는 서로 다른 디스플레이 제품을 나타내며, 기재된 숫자는 위치 좌표를 각각 나타낸다. 사진에는 2차원 위치좌표 만이 기재되어 있지만, 이는 좌표의 예를 들기 위한 것으로, 실제로는 3차원 위치좌표를 추정하고 이들을 이용하여 제품의 위치 및 각도를 연산할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 3차원 자동 측정방법을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 다른 3차원 자동 측정방법(800)은, 도 5에 도시된 3차원 자동 측정장치를 이용하여 제품의 디스플레이 특성을 자동으로 측정하는 방법으로, 제품자세추정단계(810), 카메라위치조정단계(820) 및 제품특성검사단계(830)를 포함한다.
제품자세추정단계(810)는 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라(525)로 입력되는 영상을 이용하여 거치대(510)에 거치된 제품의 자세를 3차원으로 추정한다. 여기서 제품의 자세는 제품의 특징을 나타낼 수 있는 장소들을 3차원 좌표로 나타낸 것이다. 예를 들면, 3차원 좌표는 사각형 제품의 꼭지점들의 좌표가 될 것이다.
카메라위치조정단계(820)는 제품자세추정단계(810)에서 추정된 제품의 자세에 따라 다 관절 로봇(520)의 헤드에 설치된 카메라모듈(525)의 위치를 조정한다. 이를 위해 카메라모듈(525)을 미리 정한 기준위치로 이동시키는 기준위치 이동단계(821) 및 제품자세 추정단계(810)에서 추정된 제품의 3차원 좌표와 기준위치의 3차원 좌표를 비교하여 연산한 이동정보 및 회전정보에 따라 다 관절 로봇(520)의 헤드를 이동하고 다 관절 로봇(520)의 헤드를 회전하여 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도카메라의 수신 렌즈가 제품의 면 중앙의 수직 상방향에 위치하도록 하는 자세보정단계(822)를 수행한다. 여기서, 자세보정은 카메라모듈(525)의 위치를 변경하는 것으로 결국 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도카메라의 위치가 보정되는 것이다.
제품특성검사단계(830)는 위치가 조정된 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 제품의 디스플레이 특성을 검사한다.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 자동 측정방법 중 카메라 위치조정 과정을 나타낸다.
도 9(a)는 제품자세추정단계(810)에서 제품의 자세를 측정하는 과정을 나타내고, 도 9(b)는 카메라위치조정단계(820)에서 기준위치 이동단계(821)를 수행하는 과정을 나타내며, 도 9(c)는 카메라위치조정단계(820)에서 자세보정단계(822)를 수행하는 과정을 나타낸다.
도 10은 카메라 위치조정 전후의 상태를 나타낸다.
도 10(a)는 카메라 위치 조정을 수행하기 이전의 디스플레이의 포커싱 값을 나타내며, 도 10(b)는 카메라 위치 조정을 수행한 후의 디스플레이의 포커싱 값을 각각 나타낸다.
카메라의 위치 조정을 수행한 후의 포커싱 값들의 편차가 조정을 수행하기 이전의 포커싱 값들의 편차에 비해 적다는 것을 알 수 있다. 편차가 적다는 것은, 카메라 렌즈의 위치가 디스플레이 중앙의 수직 상방향에 위치한다는 것을 의미한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
200: 거치대
210~250: 디스플레이 제품
510: 거치대
520: 다 관절 로봇
525: 카메라모듈
530: 제어장치

Claims (11)

  1. 검사의 대상이 되는 제품을 로딩하는 거치대;
    헤드부에 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라 및 2Ｄ 고해상도 카메라가 포함된 카메라모듈이 설치된 다 관절 로봇; 및
    상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라로 입력되는 영상으로부터 상기 거치대에 거치된 제품의 자세를 3차원으로 추정하고, 추정된 제품의 자세에 따라 상기 다 관절 로봇의 동작을 제어하여 상기 카메라모듈의 위치를 조정한 후, 상기 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 제품의 디스플레이 특성을 검사하는 제어장치;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제품의 자세는,
    상기 제품의 상기 거치대에서의 위치 및 상기 거치대면과 이루는 각도 인 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제품의 자세를 추정한 후 수행하는 상기 카메라모듈의 위치의 조정은,
    상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라의 수신 렌즈 및 상기 2Ｄ 고해상도 카메라의 렌즈가 상기 제품의 면 중앙의 수직 상방향에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라는,
    상기 제품에 대한 적외선 영역의 영상을 서로 일정 거리 떨어진 2개의 카메라를 이용하여 수신하는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어장치가 수행하는 상기 제품의 디스플레이 특성은,
    상기 디스플레이 패널에 나타나는 선형 가로줄 얼룩, 선형 세로줄 얼룩, BLOCK 성 가로줄 얼룩, BLOCK 성 세로줄 얼룩, CF성 가로줄, CF성 세로줄, 변색 얼룩, 비 내림성 세로줄, 때 얼룩 및 출력성 세로줄 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어장치는,
    상기 2Ｄ 고해상도 카메라의 배율 변경을 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제품은,
    ＬＣＤ 모듈인 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정장치.
  8. 제7항에 기재된 3차원 자동 측정장치를 이용하여, 상기 제품의 디스플레이 특성을 자동으로 측정하는 3차원 자동 측정방법은,
    상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 거치대에 거치된 제품의 자세를 3차원으로 추정하는 제품자세 추정단계;
    추정된 상기 제품의 자세에 따라 상기 다 관절 로봇의 헤드에 설치된 상기 카메라모듈의 위치를 조정하는 카메라 위치조정단계; 및
    위치가 조정된 상기 2Ｄ 고해상도 카메라로 입력되는 영상을 이용하여 상기 제품의 디스플레이 특성을 검사하는 제품특성검사단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제품자세 추정단계에서 상기 제품의 자세는,
    상기 제품의 특징을 나타낼 수 있는 장소들의 3차원 좌표로 나타내는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 3차원 좌표는,
    상기 제품의 특징은 각 제품의 꼭지점들인 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 카메라 위치조정단계는,
    상기 카메라모듈을 미리 정한 기준위치로 이동시키는 기준위치 이동단계; 및
    상기 제품자세 추정단계에서 추정된 상기 제품의 3차원 좌표와 상기 기준위치의 3차원 좌표를 비교하여 연산한 이동정보 및 회전정보에 따라 상기 다 관절 로봇의 헤드를 이동하고 상기 다 관절 로봇 헤드를 회전하여 상기 적외선 3Ｄ 스테레오 카메라의 수신 렌즈 및 상기 2Ｄ 고해상도 카메라의 수신 렌즈가 상기 제품의 면 중앙의 수직 상방향에 위치하도록 하는 자세보정단계;를
    수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 자동 측정방법.
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