KR101102148B1 - 일차원 시시디를 이용한 용접 발견 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일차원 시시디(CCD)를 이용한 용접선 발견 센서에 관한 것으로, 상세하게는 1차원 CCD를 이용하여 모재의 용접 경로를 검출하여 자동용접장치가 상기의 검출된 용접 경로를 따라 정밀하게 용접할 수 있도록 하는 1차원 CCD를 이용한 용접선 발견 센서에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 모재에 빛을 조사하는 광원과, 모재로부터 반사된 빛을 집적하는 대물렌즈와, 대물렌즈로부터 빛을 받아들이는 1차원 CCD와, CCD로부터 출력되는 구형파를 분석하여 모재의 용접선에 이르는 거리를 환산하는 신호처리회로와, 상기 광원과 대물렌즈와 CCD와 신호처리회로가 내장되어 외란으로부터 광원과 대물렌즈와 CCD와 신호처리회로를 보호하는 프레임을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 일차원 시시디를 이용한 용접 발견 센서가 제공된다.

용접선, CCD, 신호처리회로

Description

일차원 시시디를 이용한 용접 발견 센서{A welding seam tracking system using one dimensional CCD}

도 1은 본 발명의 전체 구성도

도 2는 본 발명의 신호처리 회로의 개념도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : CCD 2 : 대물렌즈

3 : 광원 4 : 신호처리회로

5 : 프레임

본 발명은 일차원 시시디(CCD)를 이용한 용접선 발견 센서에 관한 것으로, 상세하게는 1차원 CCD를 이용하여 모재의 용접 경로를 검출하여 자동용접장치가 상기의 검출된 용접 경로를 따라 정밀하게 용접할 수 있도록 하는 1차원 CCD를 이용한 용접선 발견 센서에 관한 것이다.

자동용접장치는 여러가지 센서를 사용하여 용접할 경로를 찾아내고, 이의 용접 경로를 추적하면서 로봇 등에 의해 용접 작업이 행해진다. 이와 같이 용접 경로의 검출은 정밀한 용접을 위한 필수적인 과정이고 자동용접장치의 성능 및 용접 품질에 영향을 주게 된다.

이와 같은 구조는 레이저 등의 광원으로부터 출력된 빛이 모재에 반사되고 반사된 빛은 CCD 센서에 의해 획득되어지고 이는 다시 신호처리회로에서 분석되어 원하는 정보를 취득하게 된다. 1차원으로 광전센서가 배열되어 구성된 CCD 센서는 빛의 정보를 아날로그 전압으로 출력하고, 아날로그 전압신호는 A/D 컨버터에 의해 계단파와 같은 디지털 신호로 변환된 후 컴퓨터에 입력되어 분석된다.

컴퓨터는 이와 같은 신호를 실시간으로 처리하기 위한 하드웨어적인 알고리즘의 구현이 필요하게 되는데, 종래의 경우는 광학 센서 즉 카메라와 광원 등을 사용하여 부피가 크고 정밀도가 작은 단점이 있다.

본 발명의 목적은 외란에 대한 강인성을 가지고 내부 처리회로의 간략화를 위하여 단일 시스템으로 구성하고, CCD에서 획득한 일차원 데이터를 이진화된 데이터로 변환시켜 더욱 정밀한 용접선을 발견할 수 있도록 한 1차원 CCD를 이용한 용접선 발견 센서를 제공함에 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 모재에 빛을 조사하는 광원(3)과, 모재로부터 반사된 빛을 집적하는 대물렌즈(2)와, 대물렌즈(2)로부터 빛을 받아들이는 1차원 CCD(1)와, CCD(1)로부터 출력되는 구형파를 분석하여 모재의 용접선에 이르는 거리를 환산하는 신호처리회로(4)와, 상기 광원(3)과 대물렌즈(2)와 CCD(1)와 신호처리회로(4)가 내장되어 외란으로부터 광원(3)과 대물렌즈(2)와 CCD(1)와 신호처리회로(4)를 보호하는 프레임(5)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

신호처리회로(4)는 외란에 대한 강인성을 가져야 하기 때문에 시스템의 안정성을 위하여 간략화와 콤팩트한 구성으로 되어 산업 현장에서 독립적으로 동작할 수게 되어 있다.

CCD(1)는 전하결합소자로서 실리콘 포토다이오드를 직선상으로 배열되어 있고, 거리 측정 센서로도 사용된다.

상기의 모든 구성은 프레임(5)의 내에 설치되어 외부 잡음이나 용접 열에 의한 외란으로부터 차단되어 있고, 용접 시편의 용접선은 대물렌즈(2)를 통하여 용접시편의 형상이 CCD(1)을 통하여 정보를 얻게 된다.

이와 같이 CCD(1)에서 획득한 일차원 데이터는 하드웨어 프로세싱 알고리즘을 통해 이진화된 데이터로 변환되어 정확한 용접선의 위치정보를 계산하게 된다.

1차원 CCD(1)는 빛의 밝기의 정보를 전압의 신호로 변환하여 구형파 형태의 신호로 데이터를 출력한다. 이와 같은 구형파의 신호를 실시간으로 처리하기 위한 하드웨어 알고리즘인 본 발명의 신호처리회로(4)는 도 2와 같다.

즉 CCD(1)의 구동을 위한 드라이브 회로는 디지털 로직을 통하여 구현하고, 이를 통해 구현된 드라이브 회로는 마이컴 등을 통하지 않고 독자적인 로직을 통해 하드웨어적으로 구현하였기 때문에 정확한 동작시간이 구현 가능하게 된다.

이와 같은 신호처리회로(4)는 CPLD로 구성하여 Compact하게 구성되고, PLD는 Altera의 MAX7000S계열의 CPLD(Complex Programmable Logic Device)를 사용하였으며, TTL chip으로 구성되는 부분의 상당부분을 한 개의 칩으로 구성함으로서 회로의 콤팩트한 구성과 외부의 잡음에 강한 시스템을 구성할 수 있게 되며, 소비전력의 절감 및 회로의 수정 또한 용이하게 되는 장점을 가지게 된다.

용접선 발견 센서는 약 0.1mm의 분해능이 요구되는 고정밀도 시스템이다. 이러한 고분해능을 만족시키기 위해서 본 발명은 프레임(5)의 내부에 대물렌즈(2)와 CCD(1)를 설치하되 그 사이의 거리가 조절가능한 구조로 되어 있다. 따라서 본 발명은 이러한 분해능의 요구를 만족시키기 위하여 초점 거리 조정을 위해서 CCD(1)의 서포터가 이동 가능한 형태로 되어 있다.

신호처리회로(4)는 CCD(1)에 의해 획득되어진 신호와 2.5V 문턱전압을 이용하여 비교기를 통해 기준영상과 용접선 영상을 명백하게 구분 지어주는 하드웨어 디지털 방법에 의한다.

비교되어진 값은 메모리에 저장되고, 마이크로 콘트롤러 80C196KC에 의해 데이터를 분석하여 PC로 전송되어진다. 메모리에 데이터를 저장할 경우 실제적으로 CCD(1)출력은 실제적인 용접라인의 데이터의 신호와 견본신호를 포함하고 있다. 따라서 본 발명은 도 2의 address counter와 shift resister를 사용해 이 두 신호를 분류한다.

이와 같이 본 발명은 외란에 대한 강인성을 가지고 내부 처리회로의 간략화가 가능하고, CCD(1)에서 획득한 일차원 데이터를 이진화된 데이터로 변환됨으로써, 더욱 정밀한 용접선을 발견할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 모재에 빛을 조사하는 광원(3)과, 모재로부터 반사된 빛을 집적하는 대물렌즈(2)와, 대물렌즈(2)로부터 빛을 받아들이는 1차원 CCD(1)와, CCD(1)로부터 출력되는 구형파를 분석하여 모재의 용접선에 이르는 거리를 환산하는 신호처리회로(4)와, 상기 광원(3)과 대물렌즈(2)와 CCD(1)와 신호처리회로(4)가 내장되어 외란으로부터 광원(3)과 대물렌즈(2)와 CCD(1)와 신호처리회로(4)를 보호하는 프레임(5)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 일차원 시시디를 이용한 용접 발견 센서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 대물렌즈(2)와 CCD(1)는 상호 간의 거리가 조절될 수 있도록 구성된 일차원 시시디를 이용한 용접 발견 센서.

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