KR102493209B1 - Ai 기반 외관검사시스템용 영상검출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광은 물론 비가시광 촬영 및 3D 촬영기법을 이용한 영상검출의 정밀도 향상을 도모하고 또한 검출된 영상정보를 인공지능형 외관검사시스템 구축의 빅데이터로 활용할 수 있도록 한 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 외관검사를 실시하고자 하는 검사대상의 외관영상을 획득하되, 가시광은 물론 비가시광 촬영과 더불어 다방향 및 다각도 촬영을 통해 검출정밀도를 높이는 다수의 카메라; 검사대상에 빛을 조사하되, 가시광은 물론 비가시광의 발산으로 상기 카메라에 의한 촬영정밀도를 높이는 조명기구; 장치구성의 단일화를 위하는 한편, 상기 카메라들의 위치를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영위치를 확보하는 위치조정수단; 상기 조명기구를 중심으로 한 상기 카메라들의 방사상 배치를 결정하는 한편, 상기 카메라들의 각도를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영각도를 확보하는 각도조정수단; 상기 위치조정수단과 상기 각도조정수단에 의한 상기 카메라의 위치 및 각도 조정동작에 필요한 검사대상의 위치정보를 추적하는 감지센서; 및, 외관검사시스템의 시스템구동장비와 통신하며, 상기 감지센서를 통해 추적된 검사대상의 위치정보를 토대로 상기 위치조정수단 및 상기 각도조정수단의 동작을 제어하는 회로모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 외관검사를 실시하고자 하는 검사대상의 외관영상을 획득하되, 가시광은 물론 비가시광 촬영과 더불어 다방향 및 다각도 촬영을 통해 검출정밀도를 높이는 다수의 카메라; 검사대상에 빛을 조사하되, 가시광은 물론 비가시광의 발산으로 상기 카메라에 의한 촬영정밀도를 높이는 조명기구; 장치구성의 단일화를 위하는 한편, 상기 카메라들의 위치를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영위치를 확보하는 위치조정수단; 상기 조명기구를 중심으로 한 상기 카메라들의 방사상 배치를 결정하는 한편, 상기 카메라들의 각도를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영각도를 확보하는 각도조정수단; 상기 위치조정수단과 상기 각도조정수단에 의한 상기 카메라의 위치 및 각도 조정동작에 필요한 검사대상의 위치정보를 추적하는 감지센서; 및, 외관검사시스템의 시스템구동장비와 통신하며, 상기 감지센서를 통해 추적된 검사대상의 위치정보를 토대로 상기 위치조정수단 및 상기 각도조정수단의 동작을 제어하는 회로모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광은 물론 비가시광 촬영 및 3D 촬영기법을 이용한 영상검출의 정밀도 향상을 도모하고 또한 검출된 영상정보를 인공지능형 외관검사시스템 구축의 빅데이터로 활용할 수 있도록 한 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 관한 것이다.
ISO 9001 품질경영시스템(Quality Management System; QMS)은 구매제품이 규격된 구매 요구사항을 충족시킨다는 것을 보장하는데 필요한 검사를 실행하여 제품을 검증토록 규정하고 있다. 또한, 생산제품이 규격된 제품 요구사항에 충족되었다는 것을 검증하기 위해 제품의 특성을 모니터링하고 측정토록 규정하여 품질을 보증하도록 요구하고 있다.
이에, 기업은 구매제품 검증의 수입검사(incoming inspection), 생산제품 검증의 공정검사(process inspection) 및 출하검사(outgoing inspection)를 보편적으로 실시하고 있다.
전술한 제품검사의 항목은 크게 외관, 특성(성능), 치수(조립성)로 구분할 수 있는데, 이 중 검사대상(구조물, 부재 등)의 마감상태·표면의 흠·모양의 부정(不整)·국부변형의 유무 등을 검사하는 외관검사(外觀檢査, visual inspection)는 검사자에 의한 육안검사, 검사장비에 의한 자동검사, 또는 두 방식이 혼합된 방법으로 진행된다.
여기서, 검사자에 의한 육안검사는 인간수행도(evaluation of human performance)의 변동성 때문에 안정적인 결과를 기대하기 어렵다는 문제가 대두되고 있으나, 기술 및 재정상의 한계로 아직까지 많은 업체가 육안검사에 의존하는 실정이며, 그에 따른 생산성 저하 및 검사오류로 인한 품질관리에 여러 애로사항이 발생하는 상황이다.
즉, 검사자가 장시간 많은 제품의 육안검사를 반복하게 되면 눈의 피로 및 착시현상으로 인해 객관적이고 일관된 검사를 수행하는데 큰 어려움이 있다. 더군다나, 3D 업종 및 중소기업 직무기피 현상의 이유로 노동력 확보에 상당한 어려움을 겪고 있다.
반면, 앞서 언급한 검사장비에 의한 자동검사는, 사람이 하던 일을 기계(시스템)가 대신함으로써 신속성·정밀성·정확성을 필요로 하는 작업환경에서 많은 이점을 발휘한다.
이와 관련한 외관검사시스템은 1990년대 이후 국내 반도체, 디스플레이산업의 급격한 성장과 더불어 발전해 왔으며, 현재는 반도체 및 디스플레이산업뿐만 아니라 자동차, 의료, 방위산업 등 다양한 산업분야에서 품질검사, 계측, 자동제어와 같은 공장자동화의 목적으로 널리 활용되고 있다.
일 예로, 대한민국 등록특허 제10-0573039호를 통해, 제1컨베이어와 제2컨베이어 사이에 형성된 제1공간부 상부에 장착되어 상기 제1공간부 하부에 장착된 제1라이트의 백라이트 조명을 받는 부품의 전체적인 외형을 검사하는 제1카메라; 상기 제2컨베이어의 상부에 장착되어 제2라이트의 조명을 받는 부품 표면을 정밀 검사하는 제2카메라; 상기 제2컨베이어와 제3컨베이어의 사이에 형성된 제2공간부의 하부에 장착되어 제2공간부 하부에 장착된 제3라이트의 조명을 받는 부품의 이면을 정밀 검사하는 제3카메라; 상기 제3컨베이어의 상부에 장착되어 제4라이트의 조명을 받는 부품의 표면외형 절단면을 정밀 검사하는 제4카메라; 상기 제3컨베이어와 제4컨베이어 사이에 형성된 제3공간부의 하부에 장착되어 제3공간부 하부에 장착된 제5라이트의 조명을 받는 부품의 이면 외형 절단면을 정밀 검사하는 제5카메라; 각각의 카메라들이 촬영한 영상정보는 각각의 컴퓨터로 전송되어 판독되고, 불량품이 검출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 비전 카메라를 이용한 부품의 검사장치가 개시된 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1012633호를 통해, 다수의 컨베이어밸트를 통해 연속 이동되는 측정대상물(검사대상)의 외관불량을 검사하기 위한 비전검사 장치에 있어서, 컨베이어밸트와 컨베이어밸트 사이 공간의 수직선상 상부에 설치되어 해당구간에서 이동하는 측정대상물의 표면에 광을 조사하는 조명부; 상기 조명부로부터 조사된 광 중 측정대상물을 투과한 광을 수광하여 영상을 획득되는 제1영상획득부; 상기 조명부로부터 조사된 광 중 측정대상물의 표면에 반사된 광을 수광하여 영상을 획득하는 제2영상획득부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 카메라 비전검사 장치가 개시된 바 있다.
그런데, 상기 종래 기술들은 검사대상의 외관검사를 위한 영상검출의 수단으로서 카메라를 단순이용한 것이어서, 미세한 찌그러짐이나 스크래치와 같이 비정형화된 불량을 잡아내기가 어렵고, 굴곡이나 웨이브가 있는 부분은 불량으로 인지 못하며, 반사가 심한 크롬도금(chromium plating) 부분은 측정이 어렵게 되는 등의 여러 문제가 있어 왔다.
결국, 가시광은 물론 비가시광 및 3D 촬영기법을 이용한 영상검출 정밀도의 향상을 도모하고 검출된 영상정보를 인공지능형 외관검사시스템 구축의 빅데이터(big data)로 활용 가능할 수 있게 한 외관검사시스템용 영상검출장치의 연구개발이 절실하다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 검사대상 외관의 영상검출(검사, 취득)수단으로서 가시광 및 비가시광(적외선, 자외선) 촬영의 카메라를 다수 구비하고 또한 검사대상의 조명수단으로서 가시광 및 비가시광 발산의 발광체를 다수 구비하여, 육안으로 볼 수 있는 영상 및 육안으로 볼 수 없는 영상 모두의 촬영 및 이를 통한 영상검출의 정밀도의 증대와 아울러 검출된 영상정보를 빅데이터로 활용한 인공지능형 시스템 구축 및 그 시스템 구동의 프로그램 구축이 가능할 수 있도록 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 카메라들의 위치와 각도를 검사대상에 맞춰 조정하는 위치조정수단 및 각도조정수단을 구비하여, 상기 위치조정수단과 각도조정수단에 의해 위치와 각도가 최적화된 카메라들을 이용한 3D 영상정보의 취득 및 이를 통한 검사정밀도의 추가적 증대와 더불어 촬영정밀도의 향상이 가능할 수 있도록 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외관검사를 실시하고자 하는 검사대상의 외관영상을 획득하되, 가시광은 물론 비가시광 촬영과 더불어 다방향 및 다각도 촬영을 통해 검출정밀도를 높이는 다수의 카메라; 검사대상에 빛을 조사하되, 가시광은 물론 비가시광의 발산으로 상기 카메라에 의한 촬영정밀도를 높이는 조명기구; 장치구성의 단일화를 위하는 한편, 상기 카메라들의 위치를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영위치를 확보하는 위치조정수단; 상기 조명기구를 중심으로 한 상기 카메라들의 방사상 배치를 결정하는 한편, 상기 카메라들의 각도를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영각도를 확보하는 각도조정수단; 상기 위치조정수단과 상기 각도조정수단에 의한 상기 카메라의 위치 및 각도 조정동작에 필요한 검사대상의 위치정보를 추적하는 감지센서; 및, 외관검사시스템의 시스템구동장비와 통신하며, 상기 감지센서를 통해 추적된 검사대상의 위치정보를 토대로 상기 위치조정수단 및 상기 각도조정수단의 동작을 제어하는 회로모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카메라는, 육안으로 볼 수 있는 영상의 촬영이 가능한 적어도 하나 이상의 가시광카메라와, 육안으로 볼 수 없는 영상의 촬영이 가능한 적어도 하나 이상의 비가시광카메라가 다수 조합된다.
더하여, 상기 조명기구는, 기구본체와, 상기 기구본체에 내재된 상태로 빛을 발산하되 가시광 및 비가시광의 선택 또는 동시 발산이 가능한 다수의 발광체와, 상기 기구본체의 전방에 구비된 상태로 빛의 광범위 조광을 이루는 확산커버로 구성된다.
또한, 상기 위치조정수단은, 상기 조명기구가 내재되며 그 조명기구를 중심으로 상기 카메라 위치조정의 자전동작을 하는 회동하우징과, 상기 회동하우징 내에 구비되고 상기 회로모듈의 명령신호시 상기 회동하우징 회전동작의 동력을 발생하는 제1전동기와, 상기 회동하우징 및 상기 제1전동기에 연계되어 상기 제1전동기 구동시 회동하우징의 회전동작이 이루어지도록 한 동력전달부재와, 상기 조명기구와 상기 회동하우징 사이에 구비된 상태로 상기 회동하우징의 회전운동을 돕는 적어도 하나 이상의 가이드베어링으로 구성된다.
더하여, 상기 각도조정수단은, 상기 카메라들의 방사상 배치결합 및 각도조정이 가능하도록 상기 위치조정수단의 회동하우징 전방 테두리부 정해진 각각의 위치마다 힌지결합되는 틸팅베이스와, 상기 회동하우징 외면 정해진 각각의 위치에 고정결합되고 상기 틸팅베이스와 연결되며 상기 회로모듈의 명령신호시 상기 틸팅베이스 각도조정의 동력을 발생하는 제2전동기로 구성된다.
또한, 상기 비가시광카메라는, 적외선 건판이나 적외선에 민감한 전하결합소자를 이용해서 특정표적의 표면에서 방출되거나 반사되는 적외선영역의 신호를 감지하여 가시화함으로써 도출된 적외선 영상을 촬영하는 적외선카메라와, 자외선 건판이나 자외선에 민감한 전하결합소자를 이용해서 특정표적의 표면에서 방출되거나 반사되는 자외선영역의 신호를 감지하여 가시화함으로써 도출된 자외선 영상을 촬영하는 자외선카메라이다.
더하여, 발광체들은, RGB의 가시광과 UV 및 IR의 비가시광을 발산하는 발광다이오드이다.
또한, 상기 제1전동기는, 입력신호에 응답해 기계적 부하를 구동하므로 상기 회동하우징 회전동작의 정밀제어가 가능한 서보모터이고, 상기 동력전달부재는, 상기 제1전동기의 회전축에 축결합된 상태로 그 회전축 회전시 동시회전하는 구동기어와, 상기 회동하우징의 내측에 형성되고 정해진 궤도를 형성하며 상기 구동기어에 기어맞물림되며 그 구동기어 회전시 맞물림 회전동작을 이루어 상기 회동하우징의 회전이 이루어지도록 하는 연계기어로 구성되며, 상기 가이드베어링은, 상기 조명기구와 상기 회동하우징 사이에 구비됨으로써 그 조명기구 및 회동하우징의 상호결합을 이루는 한편 상기 조명기구를 중심으로 회전하는 상기 회동하우징의 회전운동을 돕는 볼베어링이다.
더하여, 상기 제2전동기는, 입력신호에 응답해 기계적 부하를 구동하므로 상기 틸팅베이스 경사동작의 정밀제어가 가능한 전동실린더이다.
이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치는, 다수의 카메라를 이용하여 검사대상 외관의 가시광·비가시광(적외선, 자외선) 촬영을 통한 검출정밀도 향상의 효과가 있다.
또한, 위치조정수단과 각도조정수단을 이용한 상기 카메라의 위치변경 및 각도조정에 따른 다방향·다각도 촬영을 통해 다양한 영상정보를 취득할 수 있어, 제품(검사대상)의 복잡한 배경과 굴곡에도 보다 정밀하고 신속한 외관검사 실시가 가능한 효과는 물론이거니와 그렇게 취득된 방대한 분량의 영상정보를 빅데이터로 활용하는 인공지능형 외관검사시스템 및 프로그램 구축이 가능한 효과를 가져다줄 수 있다.
이와 함께, 전술한 이점을 토대로 하는 시스템 하드웨어(H/W) 및 소프트웨어(S/W)의 융합, 컴퓨팅(Computing) 속도의 증대, 웹(Web) 기반 서비스 제공, 인공지능 프로그램 학습에 대한 기술력 확보, 웹서버에 축적된 빅데이터(Big Data)를 이용한 소프트웨어(S/W) 개선, 공유경제모델 영업데이터 활용, 고성능 웹서버를 이용한 상용화시장 플랫폼(Platform) 사업 전개, 인공지능 프로그램을 이용한 검사대상의 크로스체크를 통해 외관검사의 효율을 극대화하는 한편 시스템의 경쟁력 확보를 위한 웹 기반 서비스 제공 및 인공지능 전처리과정에 대한 기술력 확보와 더불어 외관검사의 최적화를 위한 빅데이터 활용에 따른 검사품질 성능의 향상을 도모하는 등의 효과가 있고, 이러한 각종 효과의 달성으로, 가전제품 및 휴대기기의 외관, 화장품 용기 및 자동차 부품 등등 제품의 외관검사와 관련한 영상검출의 정확도를 도모, 제품의 생산성 만족 및 이에 따른 제품의 생산공정, 검사공정, 포장공정 등 모든 공정의 고생산성과 고품질성이 포함된 포괄적인 장비기술이 필요한 지금의 사용자 니즈 충족, 관련산업의 발전 및 활성화에 크게 기여할 수 있는 아주 유용한 발명이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치의 구성관계를 나타낸 사시도와 정단면도.
도 3은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 카메라와 조명기구의 배치관계를 나타낸 요부구성도.
도 4는 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 위치조정수단 중 제1전동기와 동력전달부재의 구성관계를 나타낸 요부구성도.
도 5는 AI 기반 외관검사시스템의 구성구조를 개략적으로 나타낸 시스템구조도.
도 6은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 카메라의 위치 조정관계를 나타낸 작동상태도.
도 7은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 카메라의 각도 조정관계를 나타낸 작동상태도.
도 3은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 카메라와 조명기구의 배치관계를 나타낸 요부구성도.
도 4는 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 위치조정수단 중 제1전동기와 동력전달부재의 구성관계를 나타낸 요부구성도.
도 5는 AI 기반 외관검사시스템의 구성구조를 개략적으로 나타낸 시스템구조도.
도 6은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 카메라의 위치 조정관계를 나타낸 작동상태도.
도 7은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어, 카메라의 각도 조정관계를 나타낸 작동상태도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 중 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치의 구성관계를 나타낸 사시도와 정단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어 카메라와 조명기구의 배치관계를 나타낸 요부구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어 위치조정수단 중 제1전동기와 동력전달부재의 구성관계를 나타낸 요부구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치(A)는, 외관검사(불량검출)를 실시하고자 하는 검사대상의 외관영상(visual image)을 획득(촬영)하되 가시광(可視光)은 물론 비가시광(非可視光) 촬영과 더불어 다방향 및 다각도 촬영을 통해 검출정밀도를 높이는 다수의 카메라(1)와, 검사대상에 빛을 조사하되 가시광은 물론 비가시광의 발산으로 상기 카메라(1)에 의한 촬영정밀도를 높이는 조명기구(2)와, 장치구성의 단일화를 위하는 한편 상기 카메라(1)들의 위치를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영위치를 확보하는 위치조정수단(3)과, 상기 조명기구(2)를 중심으로 한 카메라(1)들의 방사상 배치를 결정하는 한편 상기 카메라(1)들의 각도를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영각도를 확보하는 각도조정수단(4)과, 상기 위치조정수단(3)과 각도조정수단(4)에 의한 카메라(1)의 위치 및 각도 조정동작에 필요한 검사대상의 위치정보를 추적하는 감지센서(5)와, 외관검사시스템의 시스템구동장비와 통신하며 상기 감지센서(5)를 통해 추적된 검사대상의 위치정보를 토대로 상기 위치조정수단(3) 및 각도조정수단(4)의 동작을 제어하는 회로모듈(6)을 포함한다.
카메라(1)는, 마감상태·표면의 흠·모양의 부정·국부변형의 유무 등 검사대상(구조물, 부재 등)의 불량을 검출하는 외관촬영을 위한 것으로, 검출정밀도의 향상을 위해, 육안으로 볼 수 있는 영상의 촬영이 가능한 적어도 하나 이상의 가시광카메라 및 육안으로 볼 수 없는 영상의 촬영이 가능한 적어도 하나 이상의 비가시광카메라가 다수 조합된다.
여기서, 상기 비가시광카메라는, 적외선 건판(乾板, dry plate)이나 적외선에 민감한 전하결합소자(電荷結合素子, charge coupled device; CCD)를 이용해서 특정표적의 표면에서 방출되거나 반사되는 적외선영역의 신호를 감지하여 가시화함으로써 도출된 적외선(赤外線, infrared ray; IR) 영상을 촬영하는 적외선카메라(IR camera)와, 자외선 건판이나 자외선에 민감한 전하결합소자를 이용해서 특정표적의 표면에서 방출되거나 반사되는 자외선영역의 신호를 감지하여 가시화함으로써 도출된 자외선(紫外線, ultraviolet ray; UV) 영상을 촬영하는 자외선카메라(UV camera)이다.
조명기구(2)는, 검사대상에 빛을 조사하여 상기 카메라(1)에 의한 검사대상의 외관영상 획득이 용이토록 하기 위한 것으로, 기구본체(21)와, 상기 기구본체(21)에 내재된 상태로 빛을 발산하되 가시광 및 비가시광의 선택 또는 동시 발산이 가능한 다수의 발광체(22)와, 상기 기구본체(21)의 전방에 구비된 상태로 빛의 광범위 조광을 이루는 확산커버(23)로 구성된다.
상기 기구본체(21)는, 다수 발광체(22)의 내재수용을 위한 내부공간 마련 및 광범위 조사를 목적한 상기 발광체(22)들의 원형배치를 위해 원반형 또는 도우넛(doughnut) 형태를 이루는 것이 바람직하다.
상기 발광체(22)들은, RGB(red, green, blue ray)의 가시광과 UV(ultraviolet ray, 자외선) 및 IR(infrared ray, 적외선)의 비가시광을 발산하는 발광다이오드(luminescent diode; LED)인 것이 바람직한 바, 이에 따라 눈에 보이는 영상과 눈에 보이지 않는 영상의 획득이 가능하다.
상기 확산커버(23)는, 상기 기구본체(21)에 내재된 발광체(22)들로부터 발산하는 빛의 광범위 조사를 위해 중앙부가 볼록하거나 혹은 특정부가 만곡된 미리 정한 곡률을 갖는 것이 바람직하다.
위치조정수단(3)은, 장치구성의 단일화를 위하는 한편 상기 카메라(1)들의 방사상 배치 및 그 카메라(1)들의 위치조정을 통한 최적의 촬영위치 확보를 위한 것으로, 상기 조명기구(2)가 내재되며 그 조명기구(2)를 중심으로 상기 카메라(1) 위치조정의 자전(自轉, rotation)동작을 하는 회동하우징(31)과, 상기 회동하우징(31) 내에 구비되고 상기 회로모듈(6)의 명령신호(전력공급)시 회동하우징(31) 회전동작의 동력을 발생하는 제1전동기(32)와, 상기 회동하우징(31) 및 제1전동기(32)에 연계되어 상기 제1전동기(32) 구동시 회동하우징(31)의 회전동작이 이루어지도록 한 동력전달부재(33)로 구성된다.
또한, 상기 조명기구(2)의 기구본체(21)와 회동하우징(31) 사이에 구비된 상태로 상기 회동하우징(31)의 회전운동을 돕는 적어도 하나 이상의 가이드베어링(34)이 더 구성될 수 있다.
상기 회동하우징(31)은, 조명기구(2) 및 상기 제1전동기(32)와 동력전달부재(33)의 내재수용이 가능하고 그 상태로 자전이 가능한 원통형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제1전동기(32)는, 입력신호에 응답해 기계적 부하를 구동하므로 회동하우징(31) 회전동작의 정밀제어가 가능한 서보모터(servo-motor)인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않고 동일한 작용관계를 나타내는 기계·전자요소라 한다면 얼마든지 달리할 수 있다.
상기 동력전달부재(33)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1전동기(32)의 회전축에 축결합된 상태로 그 회전축 회전시 동시회전하는 구동기어(331)와, 상기 회동하우징(31)의 내측에 형성되고 정해진 궤도를 형성하며 상기 구동기어(331)에 기어맞물림되며 그 구동기어(331) 회전시 맞물림 회전동작을 이루어 회동하우징(31)의 회전이 이루어지도록 하는 연계기어(332)로 구성된다.
상기 가이드베어링(34)은, 상기 조명기구(2)의 기구본체(21)와 상기 회동하우징(31) 사이에 구비됨으로써 그들 기구본체(21) 및 회동하우징(31)의 상호결합을 이루는 한편 상기 기구본체(21)를 중심으로 회전하는 상기 회동하우징(31)의 회전운동이 원활토록 함에 적합한 기계요소인 볼베어링(ball-bearing)인 것이 바람직하다.
각도조정수단(4)은, 상기 카메라(1)들의 방사상 배치를 위하는 한편 그들 카메라(1)의 각도조정을 통한 최적의 촬영각도 확보를 위한 것으로, 상기 카메라(1)들의 방사상 배치결합 및 각도조정이 가능하도록 상기 위치조정수단(3)의 회동하우징(31) 전방 테두리부 정해진 각각의 위치마다 힌지결합되는 틸팅베이스(41)와, 상기 회동하우징(31) 외면 정해진 각각의 위치에 고정결합되고 상기 틸팅베이스(41)와 연결되며 상기 회로모듈(6)의 명령신호시 틸팅베이스(41) 각도조정의 동력을 발생하는 제2전동기(42)로 구성된다.
상기 틸팅베이스(41)는, 카메라(1)들 각각의 지지결합이 가능한 면적을 갖는 판체형을 이루는 것이 바람직하다.
상기 제2전동기(42)는, 입력신호에 응답해 기계적 부하를 구동하므로 틸팅베이스(41) 경사동작의 정밀제어가 가능한 전동실린더(electromotion cylinder)인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않고 동일한 작용관계를 나타내는 기계·전자요소라 한다면 얼마든지 달리할 수 있다.
감지센서(5)는, 상기 위치조정수단(3)과 각도조정수단(4)에 의한 카메라(1)의 위치 및 각도 조정동작에 필요한 검사대상의 위치정보를 추적하고 그 추적정보를 상기 회로모듈(6)에 제공(전송)하기 위한 것으로, 회로모듈(6)에 직접 장착되며 검사대상의 위치정보를 다각도로 추적하기 위해 다수로 구성되며, 외부물질로부터 방사된 적외선이 센서 내의 자발분극(自發分極)을 갖는 물질의 분극을 변화시켜 외부 자유전하(free charge)를 발생시킴으로써 어두운 환경에서도 외부물질의 감지가 가능한 적외선센서(IR sensor)인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않고 동일한 작용관계를 나타내는 기계·전자요소라 한다면 얼마든지 달리 채용할 수 있다.
회로모듈(6)은, 상기 감지센서(5)를 통해 추적된 검사대상의 위치정보를 토대로 상기 위치조정수단(3) 및 각도조정수단(4)의 동작제어를 위한 것으로, 외관검사시스템 중 시스템구동장비(컴퓨터)의 명령신호에 의거 상기 카메라(1), 조명기구(2), 위치조정수단(3), 각도조정수단(4)의 동작을 제어하되 특히 검사대상의 위치정보에 따라 상기 위치조정수단(3)에 의한 카메라(1)의 위치조정 동작과 상기 각도조정수단(4)에 의한 카메라(1)의 각도조정 동작을 중점적으로 컨트롤하는 제어회로(制御回路, control circuit)인 것이 바람직하다.
미 설명부호, (b)는 상기 조명기구의 고정을 위한 브래킷(bracket)이고, (c)는 상기 카메라들과 조명기구 및 위치조정수단과 각도조정수단 그리고 감지센서들과 회로모듈의 보호를 위한 케이스(case)이다.
상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치(A)의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5는 AI 기반 외관검사시스템의 구성관계를 개략적으로 나타낸 시스템구조도이고, 도 6은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어 카메라의 위치 조정관계를 나타낸 작동상태도이며, 도 7은 본 발명에 따른 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치에 있어 카메라의 각도 조정관계를 나타낸 작동상태도로써, 본 발명의 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치는, 도 5에서와 같이, 반도체, 디스플레이, 자동차, 의료, 방위산업 등의 다양한 산업분야에서 품질검사, 계측, 자동제어와 같은 공장자동화의 목적으로 널리 활용되며 특히 영상정보를 빅데이터로 활용하는 인공지능 기반의 외관검사시스템의 달성을 목적하여 상기 외관검사시스템에 설치사용할 수 있다.
여기서, 상기 외관검사시스템(900)은, 도 5에서와 같이, 외관검사를 실시하고자 하는 검사대상(예컨대 자동차 부품 등)을 연속으로 운반하는 컨베이어(conveyor) 구조의 이송장치(910), 상기 검사대상의 외관영상을 촬영하는 본 발명의 영상검출장치(A), 외관검사공정 전반의 시스템구동장비인 컴퓨터(920), 상기 컴퓨터(920)로부터 명령신호를 받아 이송장치(910)의 구동을 컨트롤하는 제어장치(930), 시스템 운용상황(장치구동 현황, 외관검사 정보 등) 전반의 출력장비인 모니터(940)가 구비되는 것이 바람직하다.
이하 상술한 바와 같은 구성으로 된 외관검사시스템(900)에 의한 검사대상의 외관검사의 공정관계를 보다 자세히 설명하자면, 우선 상기 이송장치(910) 상에 적재된 검사대상이 정해진 위치로 연속운반되는 것이며, 본 발명의 상기 영상검출장치(A)가 설치된 위치를 통과하는 과정에서 검사대상의 외관영상이 촬영되는 것이다.
특히, 상기 영상검출장치(A)에 의해 검사대상의 외관영상이 획득되는 과정에 있어, 상기한 영상검출장치(A) 중 다수의 카메라(1)에 의한 가시광·비가시광 촬영 및 영상검출장치(A) 중 조명기구(2)의 발광체(22)들에 의한 가시광·비사기광 조사로, 검사대상의 외관검사를 위한 영상검출의 정밀도가 크게 향상될 수 있음이 가능하다.
구체적으로, 상기 이송장치(910)를 통해 정해진 위치로 운반되는 검사대상을 상기 카메라(1)들이 촬영함에 있어, 그 카메라(1)들이 상기 영상검출장치(A) 중 회로모듈(6)에 직접 장착된 다수의 감지센서(5)들에 의해 검사대상의 위치추적이 이루어지는 것이며, 그들 감지센서(5)가 취득한 위치정보에 근거한 회로모듈(5)의 명령신호에 의거 상기 카메라(1)들의 위치 및 각도가 조정되고, 그에 따라 최적의 촬영위치와 촬영각도가 확보됨으로써 영상검출의 정밀도는 물론 외관촬영의 정밀도가 크게 향상되는 것이다.
여기서, 앞서 언급한 최적의 촬영위치 확보는 상기 위치조정수단(3) 구동에 따른 카메라(1)들의 위치이동으로 가능한 바, 상기 감지센서(5)들을 통해 추적된 검사대상의 위치정보에 근거한 회로모듈(6)의 명령신호에 의해 본 발명의 상기 영상검출장치(A) 중 위치조정수단(3)의 제1전동기(32) 구동(회전축 회전)으로 상기 제1전동기(32)의 회전축에 축결합된 동력전달부재(33)의 구동기어(331)가 동시회전되고, 그 구동기어(331)에 기어맞물림된 상기 동력전달부재(33)의 연계기어(332)에 의해, 도 6에서와 같이, 상기 위치조정수단(3)의 회동하우징(31)이 조명기구(2)의 기구본체(21)를 중심으로 일방향 회전되며, 그로써 상기 기구본체(21)에 결합된 각도조정수단(4)의 틸팅베이스(41)의 위치가 달라지게 되고, 결국 상기 틸팅베이스(41)들에 부착고정된 카메라(1)들이 위치이동이 이루어지므로, 최적의 촬영위치가 확보될 수 있는 것이다.
그리고, 앞서 언급한 최적의 촬영각도 확보는 상기 각도조정수단(4) 구동에 의한 카메라(1)들 각각의 각도변경으로 가능한 바, 역시 감지센서(5)들을 통해 추적된 검사대상의 위치정보에 근거한 상기 회로모듈(6)의 명령신호에 의하여, 도 7에서와 같이, 본 발명의 영상검출장치(A) 중 각도조정수단(4)의 제2전동기(42) 구동(로드 진퇴)으로 상기 제2전동기(32)의 로드 선단과 연결된 상기 각도조정수단(4)의 틸팅베이스(41)들 각각의 각도가 검사대상의 위치에 대응하여 달라지게 되고, 결국 상기 틸팅베이스(41)들에 부착고정된 상기 카메라(1)들이 검사대상을 지향하는 형태로 각도변경이 이루어지므로, 최적의 촬영각도가 확보될 수 있는 것이다.
이와 함께, 상기 카메라(1)들에 의한 검사대상의 가시광(RGB) 및 비가시광(IR, UV) 촬영이 이루어짐으로써, 결국 육안으로 볼 수 있는 검사대상의 외관영상과 육안으로 볼 수 없는 검사대상의 외관영상이 모두 촬영되므로, 검출정밀도가 크게 향상될 수 있는 것이다.
정리하여, 본 발명의 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치(A)에 의하면, 다수의 상기 카메라(1)를 이용하여 검사대상 외관의 가시광·비가시광(적외선, 자외선) 촬영을 통한 검출정밀도 향상 및 상기 위치조정수단(3)과 각도조정수단(4)을 이용한 카메라(1)의 위치변경 및 각도조정에 따른 다방향·다각도 촬영을 통해 다양한 영상정보를 취득할 수 있어, 제품(검사대상)의 복잡한 배경과 굴곡에도 보다 정밀하고 신속한 외관검사 실시가 가능한 효과는 물론이거니와 그렇게 취득된 방대한 분량의 영상정보를 빅데이터로 활용하는 인공지능형 외관검사시스템 및 프로그램 구축이 가능한 효과를 거둘 수 있다.
또한, 전술한 이점을 토대로 하는 시스템 하드웨어(H/W) 및 소프트웨어(S/W)의 융합, 컴퓨팅(Computing) 속도의 증대, 웹(Web) 기반 서비스 제공, 인공지능 프로그램 학습에 대한 기술력 확보, 웹서버에 축적된 빅데이터(Big Data)를 이용한 소프트웨어(S/W) 개선, 공유경제모델 영업데이터 활용, 고성능 웹서버를 이용한 상용화시장 플랫폼(Platform) 사업 전개, 인공지능 프로그램을 이용한 검사대상의 크로스체크를 통해 외관검사의 효율을 극대화하는 한편 시스템의 경쟁력 확보를 위한 웹 기반 서비스 제공 및 인공지능 전처리과정에 대한 기술력 확보와 더불어 외관검사의 최적화를 위한 빅데이터 활용에 따른 검사품질 성능의 향상을 도모하는 등의 각종 효과를 거둘 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정과 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
A : 영상검출장치, 1 : 카메라
2 : 조명기구, 3 : 위치조정수단
4 : 각도조정수단, 5 : 감지센서
6 : 회로모듈, 21 : 기구본체
22 : 발광체, 23 : 확산커버
31 : 회동하우징, 32 : 제1전동기
33 : 동력전달부재, 34 : 가이드베어링
41 : 틸팅베이스, 42 : 제2전동기
331 : 구동기어, 332 : 연계기어
900 : 외관검사시스템
2 : 조명기구, 3 : 위치조정수단
4 : 각도조정수단, 5 : 감지센서
6 : 회로모듈, 21 : 기구본체
22 : 발광체, 23 : 확산커버
31 : 회동하우징, 32 : 제1전동기
33 : 동력전달부재, 34 : 가이드베어링
41 : 틸팅베이스, 42 : 제2전동기
331 : 구동기어, 332 : 연계기어
900 : 외관검사시스템
Claims (9)
- 외관검사를 실시하고자 하는 검사대상의 외관영상을 획득하되, 가시광은 물론 비가시광 촬영과 더불어 다방향 및 다각도 촬영을 통해 검출정밀도를 높이는 다수의 카메라;
검사대상에 빛을 조사하되, 가시광은 물론 비가시광의 발산으로 상기 카메라에 의한 촬영정밀도를 높이는 조명기구;
장치구성의 단일화를 위하는 한편, 상기 카메라들의 위치를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영위치를 확보하는 위치조정수단;
상기 조명기구를 중심으로 한 상기 카메라들의 방사상 배치를 결정하는 한편, 상기 카메라들의 각도를 달리하여 검사대상에 최적화된 촬영각도를 확보하는 각도조정수단;
상기 위치조정수단과 상기 각도조정수단에 의한 상기 카메라의 위치 및 각도 조정동작에 필요한 검사대상의 위치정보를 추적하는 감지센서; 및,
외관검사시스템의 시스템구동장비와 통신하며, 상기 감지센서를 통해 추적된 검사대상의 위치정보를 토대로 상기 위치조정수단 및 상기 각도조정수단의 동작을 제어하는 회로모듈;을 포함하고,
상기 위치조정수단은, 상기 조명기구가 내재되며 그 조명기구를 중심으로 상기 카메라 위치조정의 자전동작을 하는 회동하우징과,
상기 회동하우징 내에 구비되고 상기 회로모듈의 명령신호시 상기 회동하우징 회전동작의 동력을 발생하는 제1전동기와,
상기 회동하우징 및 상기 제1전동기에 연계되어 상기 제1전동기 구동시 회동하우징의 회전동작이 이루어지도록 한 동력전달부재와,
상기 조명기구와 상기 회동하우징 사이에 구비된 상태로 상기 회동하우징의 회전운동을 돕는 적어도 하나 이상의 가이드베어링으로 구성됨을 특징으로 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치.
- 제1항에 있어서,
상기 카메라는, 육안으로 볼 수 있는 영상의 촬영이 가능한 적어도 하나 이상의 가시광카메라와,
육안으로 볼 수 없는 영상의 촬영이 가능한 적어도 하나 이상의 비가시광카메라가 다수 조합됨을 특징으로 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치.
- 제1항에 있어서,
상기 조명기구는, 기구본체와,
상기 기구본체에 내재된 상태로 빛을 발산하되 가시광 및 비가시광의 선택 또는 동시 발산이 가능한 다수의 발광체와,
상기 기구본체의 전방에 구비된 상태로 빛의 광범위 조광을 이루는 확산커버로 구성됨을 특징으로 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 각도조정수단은, 상기 카메라들의 방사상 배치결합 및 각도조정이 가능하도록 상기 위치조정수단의 회동하우징 전방 테두리부 정해진 각각의 위치마다 힌지결합되는 틸팅베이스와,
상기 회동하우징 외면 정해진 각각의 위치에 고정결합되고 상기 틸팅베이스와 연결되며 상기 회로모듈의 명령신호시 상기 틸팅베이스 각도조정의 동력을 발생하는 제2전동기로 구성됨을 특징으로 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치.
- 제2항에 있어서,
상기 비가시광카메라는, 적외선 건판이나 적외선에 민감한 전하결합소자를 이용해서 특정표적의 표면에서 방출되거나 반사되는 적외선영역의 신호를 감지하여 가시화함으로써 도출된 적외선 영상을 촬영하는 적외선카메라와,
자외선 건판이나 자외선에 민감한 전하결합소자를 이용해서 특정표적의 표면에서 방출되거나 반사되는 자외선영역의 신호를 감지하여 가시화함으로써 도출된 자외선 영상을 촬영하는 자외선카메라인 것을 특징으로 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치.
- 제3항에 있어서,
상기 발광체들은, RGB의 가시광과 UV 및 IR의 비가시광을 발산하는 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1전동기는, 입력신호에 응답해 기계적 부하를 구동하므로 상기 회동하우징 회전동작의 정밀제어가 가능한 서보모터이고,
상기 동력전달부재는, 상기 제1전동기의 회전축에 축결합된 상태로 그 회전축 회전시 동시회전하는 구동기어와, 상기 회동하우징의 내측에 형성되고 정해진 궤도를 형성하며 상기 구동기어에 기어맞물림되며 그 구동기어 회전시 맞물림 회전동작을 이루어 상기 회동하우징의 회전이 이루어지도록 하는 연계기어로 구성되며,
상기 가이드베어링은, 상기 조명기구와 상기 회동하우징 사이에 구비됨으로써 그 조명기구 및 회동하우징의 상호결합을 이루는 한편 상기 조명기구를 중심으로 회전하는 상기 회동하우징의 회전운동을 돕는 볼베어링인 것을 특징으로 하는 AI 기반 외관검사시스템용 영상검출장치. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210010564A KR102493209B1 (ko) | 2021-01-26 | 2021-01-26 | Ai 기반 외관검사시스템용 영상검출장치 |
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| KR1020210010564A KR102493209B1 (ko) | 2021-01-26 | 2021-01-26 | Ai 기반 외관검사시스템용 영상검출장치 |
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Family
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| KR1020210010564A KR102493209B1 (ko) | 2021-01-26 | 2021-01-26 | Ai 기반 외관검사시스템용 영상검출장치 |
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| JP2018194443A (ja) * | 2017-05-18 | 2018-12-06 | Ntn株式会社 | 外観検査装置 |
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2021
- 2021-01-26 KR KR1020210010564A patent/KR102493209B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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