머신비전을 이용한 와셔취부볼트의 양품 선별 장치
이 발명은 와셔취부볼트의 공급, 양품판정, 양품과 불량품 분류에 이르기까지 자동으로 이루어지는 머신비전을 이용한 와셔취부볼트의 양품 선별 장치에 관한 것이다. 양품 판정 시 와셔취부로 인한 볼트의 자세가 불규칙한 것에 대응하기 위해 자세교정장치를 더욱 마련한 것이 특징이다. 또한 와셔취부볼트의 양품 선별 시에 최적화된 선별 장치의 제공이 목적이다.
출원인 | (주)진합, 발명자 백필수
기계요소 중 부품 결합 및 고정에 쓰이는 나사는 대형 기계에서부터 소형 전자제품에 이르기까지 다양한 제품에 활용되고 있다. 일반적으로 나사는 결합물을 조일 때 모재의 암나사에 직접 고정하는 것을 스크류(Screw), 모재를 관통하여 너트로 조여지는 것을 볼트(Bolt)로 분류한다. 산업 현장에선 보통 볼트가 쓰인다.
특수 제품에 쓰이는 소량 생산의 특수 볼트 및 일반 볼트(특히 크기가 작은 경우)는 다품종 대량생산을 기본으로 한다. 하지만 대량 생산은 가공 기계의 노후화, 기계의 오작동 및 누적오차, 작업자의 부주의 등으로 불량의 위험이 있다.
현재 볼트의 불량선별 검사 작업은 작업자의 불량기준에 대한 주관적 인지 및 판단에 근거하여 시행되고 있다. 이러한 방법은 단시간에 적은 양의 부품검사에는 적합하나, 장시간 동안 많은 양의 다품종 제품을 검사하기에는 한계가 있다. 이와 같은 다품종의 대량부품 검사에 적용할 수 있고 다양한 형태의 검사 항목에 유연하게 대처할 수 있는 수단은 비 접촉식 검사이며, 실시간 검사가 가능한 컴퓨터 비전 검사 시스템이 가장 효과적이다. 그 중 머신비전이 검사공정의 핵심으로 떠오르고 있는데, 검사결과의 신뢰도 확보 및 고임금 대체 등 여러 가지 문제점을 해결할 수 있어 제조공정의 중요한 포인트가 되어가고 있다.
머신비전은 전기적, 광학적, 비접촉 방식의 기술을 이용하여 영상 데이터를 얻고, 그 영상을 처리하고 분석하여 최소한의 도움으로 결과로 도출하는 기술이다. 최근 들어 국내에서도 부품검사 분야에 활발히 적용되고 있다.
과제의 해결 수단
이 발명의 목적은 머신비전을 이용하여 와셔취부볼트의 양품 여부를 선별하는 장치를 만드는 것이다. 구체적으로 와셔취부볼트가 양품 선별을 위한 머신비전 카메라에 도달하면 동일한 자세를 취하도록 자기력을 인가하는 자세교정장치를 포함하는 머신비전을 이용한 와셔취부볼트의 양품 선별장치를 통해 작업이 이루어진다. 또한 와셔취부볼트를 머신비전 카메라에 공급하고, 머신비전의 판단에 따른 와셔취부볼트의 양품과 불량품을 분리 배출하는 선별 장치를 포함한다.
선별장치는 공급되는 와셔취부볼트의 두부가 걸쳐지는 요홈을 등간격으로 배치한 피딩판과 피딩판의 요홈에 걸쳐 회전식으로 공급되는 와셔취부볼트를 가이드하고, 불량품 수거용 배출홈을 구비한 가이드판과 피딩판에 회전력을 전달하도록 피딩판과 결합되며, 둘레에는 조명 투과용 조명 홀을 피딩판의 요홈과 동일한 간격으로 배치한 회전프레임과 회전프레임을 구동장치 및 피딩판의 윗부분에 구비한다. 상단에는 자세교정장치를 장착하고, 하단에 회전프레임에 수용되는 조명을 장착하되 조명은 카메라와 동일 선상에 위치하도록 한다. 자세교정장치는 조명과 평행한 선상인 임의의 지점에 장착한 상판을 포함한다.
발명의 효과
이 발명은 불규칙한 자세로 공급되는 와셔취부볼트의 양품 판정을 위한 머신비전의 양품 판정 알고리즘을 간단하게 만들고 양품 판정에 소요되는 시간을 줄여 생산성을 높인다. 또한 회전축을 중심으로 양방향으로 이동할 수 있는한 배출가이드판을 통해 양품의 와셔취부볼트로 배출하므로 이를 담는 박스는 와셔취부볼트를 고루 담을 수 있다. 와셔취부볼트를 담는 박스가 두 개일 경우 이 안에 고루 담을 수 있는 효과는 없어지지만, 두 개의 박스에 동시에 배출할 수 있어 박스에 담는 시간을 줄이게 돼 박스 제공에 따른 시간 지연이 줄어들어 생산성이 향상된다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이 발명은 와셔취부볼트의 공급, 양품판정, 양품과 불량품 분류에 이르기까지 모든 과정이 자동으로 이루어지는 머신비전을 이용한 와셔취부볼트의 양품 선별 장치에 관한 것이다. 양품 판정 시 와셔취부로 인한 볼트의 자세가 불규칙한 것에 대응하여 자세교정장치를 마련한 것이 특징이다.
와셔취부볼트가 불규칙한 자세로 공급되는 이유는 스프링 와셔의 형태 때문으로, 일반적인 스프링 와셔는 양 끝단의 높이가 달라 이를 취부한 볼트는 양품 판정을 위한 검사포인트에서 제각기 다른 자세를 취하게 된다.
도면을 참조하여 상세히 설명하자면, 이 발명은 머신비전을 이용하여 와셔취부볼트(201)의 양품 여부를 선별하는 장치로, 와셔취부볼트(201)가 양품 선별을 위한 머신비전 카메라(72)에 도달하면 동일한 자세를 갖추도록 교정하는 자세교정장치(10)를 포함한다.
이와 같은 자세교정장치(10)는 불규칙한 자세로 공급되는 와셔취부볼트(201)가 머신비전의 카메라(72)의 초점에 위치하면 항상 동일한 자세를 갖도록 와셔취부볼트(201)의 자세를 교정하는 장치로, 자기력으로 와셔취부볼트(201)의 자세를 교정한다. 예컨대 도면 1과 같이 카메라(72)와 자세교정장치(10)가 직교로 위치하고 있어 자세교정장치(10)를 경유하는 와셔취부볼트(201)가 카메라(72)의 촬영범위에 위치하면 자기력을 발생하는 자세교정장치(10)에 의해 자세를 교정할 수 있다.
따라서 카메라(72)는 항상 같은 자세를 하고 있는 와셔취부볼트(201)를 촬영함으로써 같은 자세의 기준이미지와 비교하여 양품 여부를 판정한다. 카메라(72)가 동일한 자세의 와셔취부볼트(201)를 촬영하므로 양품 판정을 위한 머신비전의 양품 판정 알고리즘은 복잡할 필요가 없다. 이 때 조명(71)은 와셔취부볼트(201)를 가운데 두면서 카메라(72)의 동일선상에 위치되어 광을 조사한다. 그리고 자세교정장치(10)에서 자기력을 발생하기 위한 수단은 자석 혹은 전자석일 수 있다.
이 발명은 와셔취부볼트(201)의 양품 선별 시에 최적화된 선별장치(20)를 더 포함한다. 선별장치(20)는 와셔취부볼트(201)를 머신비전의 카메라(72)에 공급하고 머신비전의 판단에 따라 와셔취부볼트(201)의 양품과 불량품을 분리 배출하는 구성으로 이루어진다.
구체적인 구성을 보자면, 선별장치(20)는 도면 1 및 도면 2에 도시한 바와 같이 상판(21), 피딩판(22), 가이드판(23), 회전프레임(24), 구동장치를 포함한다. 상판(21)은 피딩판(22)의 윗쪽에 구비된다. 또한 상단에는 자세교정장치(10)가 장착되고, 하단에는 회전프레임(24)에 수용되는 조명(71)을 장착한다. 조명(71)은 카메라(72)와 동일 선상에 위치하고, 자세교정장치(10)는 조명(71)과 평행한 선상인 임의의 지점에 장착한 구성이다.
피딩판(22)은 공급되는 와셔취부볼트(201)의 두부가 걸쳐지는 요홈(22a)을 등간격으로 배치한다. 가이드판(23)은 피딩판(22)의 요홈(22a)에 걸쳐져 회전식으로 공급되는 와셔취부볼트(201)를 가이드하고, 불량품 수거용 배출홈(23a)을 형성한다. 회전프레임(24)은 피딩판(22)에 회전력을 전달하도록 피딩판(22)과 결합되고, 둘레에는 조명투과용 조명홀(24a)을 피딩판(22)의 요홈(22a)과 동일한 등간격으로 배치한다.
구동장치(25)는 회전프레임(24)을 회전시키며 모터로 회전프레임(24)을 직접 구동하거나 설계상의 이유로 통상의 스프라킷·체인·모터의 구성·회전풀리·벨트·모터의 구성으로 간접적으로 구동할 수 있다. 간접적 구동으로는 기어 등을 이용할 수도 있다.
구동장치(25)는 한 번에 도면 2의 θ각도(요홈(22a)과 요홈의 간격, 또는 조명홀(24a)과 조명홀의 간격)만큼 회전프레임(24)을 반복적으로 회전시킴으로써 작업 속도가 빠르다.
이와 같은 구성으로 이루어진 선별장치(20)는 와셔취부볼트(201)가 불량일 경우 배출홈(23a)으로 배출시키고, 양품일 경우 배출가이드판(31)으로 배출시키는 에어분사기 또는 언로드 장치를 더 구비한다.
아울러 이 발명은 머신비전의 판단에 따른 와셔취부볼트(201) 양품은 분산 배출하는 배출가이드판(31)이 더 포함하는 게 바람직한데, 이러한 배출가이드판(31)은 회전축을 중심으로 양방향 이동이 가능한 것이 특징으로 다음과 같은 구성을 하고 있다.
배출가이드판(31)을 회전축을 중심으로 양방향 이동을 가능하게 하는 구성은 도면 1에 도시한 바와 같이 배출가이드판(31)의 하단부에 장착된 회전축(32)과, 회전축(32)의 일측에 장착되는 링크(33)와, 링크(33)의 일측과 장착되어 링크(33)의 일측을 밀고 당김으로써 링크(33)와 연동되는 회전축(32) 및 배출가이드판(32)을 회전축(32)을 중심으로 양방향 이동시키는 실린더(34)로 이루어져 있다.
이와 같은 구성을 활용하면 링크(33)와 직교되게 연결된 실린더(34)가 링크(33)의 일측을 밀고 당기면 링크(33)와 연결된 회전축(32)이 회전하고, 결국 회전축(32)과 연결된 배출가이드판(31)이 연동됨으로써 배출가이드판(31)이 회전축(32)을 중심으로 양방향 이동한다. 따라서 배출가이드판(31)는 박스(300)에 와셔취부볼트(201)를 고르게 쌓이게 한다.
또한 이 발명은 배출가이드판(31)에서 배출되는 양품을 담는 박스(300)가 양품을 고루 담도록 박스(300)를 진동시키는 진동기를 더 구비하는 것이 좋다. 진동기는 박스(300)를 진동하여 양품이 박스(300)의 내부에서 고르게 퍼질 수 있도록 돕는다. 이를 위한 실시예는 여러 가지가 있지만, 이 발명에서는 도면 1과 같이 박스(300)의 하단을 진동시키는 두 개의 실린더(81, 82)로 구성했다. 실린더(81, 82)는 순간적으로 박스(300)의 하단을 순차적으로 또는 동시에 타격함으로써 박스(300)의 내부에 있는 양품을 고루 퍼지게 할 수 있다.
머신비전을 이용한 와셔취부볼트의 양품 선별 장치를 통해 와셔취부볼트(201)의 양품 선별 과정을 설명한다.
도면 1과 같이 이송부(1)에 의해 와셔취부볼트(201)가 공급되고, 와셔취부볼트(201)의 두부 및 와셔(202)가 피딩판(22)의 요홈(22a)에 걸쳐진다. 피딩판(22)의 회전 및 가이드판(23)의 가이드로 와셔취부볼트(201)가 카메라(72)의 초점에 높이면 자세교정장치(10)에 의해 자세가 교정되면서 동시에 촬영이 이루어진다. 양품 또는 불량 판정에 따라 불량품은 가이드판(23)의 배출홈(23a)을 통해 배출되고, 양품은 배출가이드판(31)으로 배출된다.
