머신비전 시스템을 위한 검사 장치 및 방법
이 발명의 목적은 머신비전에 대한 지식이 부족한 일반인도 손쉽게 접근할 수 있고, 비용 부담을 최소화하면서 효과적으로 구축할 수 있는 머신비전 시스템을 위한 검사 장치를 제공하는 것이다. 나아가 여러 머신비전 시스템 공급업체들 중 최적의 공급업체를 신속하고도 효율적으로 선정할 수 있도록 하는 검사 방법을 제공하는 것이 목적이다.
머신비전 시스템(machine vision system)이란 사람이 눈으로 보고 작업하는 과정을 카메라와 컴퓨터로 대신하는 일종의 공장 자동화 시스템이다. 카메라로부터 얻은 영상 정보를 컴퓨터가 분석 처리하는 시스템을 말한다.
머신비전 시스템은 주로 생산 현장에서 자동화 전수검사를 위해 이용된다. 자동화 검사를 위해 머신비전 시스템을 도입할 경우 해당 현장의 검사 환경에 따라 조명·카메라·렌즈 등의 사양을 달리하여 머신비전 시스템을 구성하게 된다. 기존에는 검사 환경 확인 및 시스템 사양 결정을 위해 머신비전 시스템 공급업체(의 직원)가 직접 현장을 방문하여 조건을 체크하고 여러 번의 테스트를 통해 사양을 결정하였다. 따라서 지금까지의 머신비전 시스템은 그 도입에 많은 시간과 비용이 낭비되는 문제점을 갖고 있다.
이를 보완하고자 카메라·렌즈·케이블·내장프로세서 등으로 구성된 통합형 머신비전 시스템인 스마트카메라가 출시되었지만 이 또한 문제점이 있다. 스마트카메라 자체가 머신비전 시스템의 한 형태이기 때문에 머신비전에 대한 지식이 부족한 일반인들은 손쉽게 접근하기가 어렵다는 문제점과, 스마트카메라의 가격이 고가이어서 머신비전 시스템을 도입하고자 하는 현장에서 테스트용으로 사용하기에 적절하지 않은 문제점이 생긴다.
따라서 기존 방식에 따라 머신비전 시스템을 도입할 때의 문제점과 같이 수요자가 직접 적합한 성능의 시스템을 제공할 수 있는 머신비전 전문 공급업체를 비교·선택해야 하므로 많은 시간이 소요된다. 또한 수요자 입장에서는 업체별 머신비전 시스템에 대한 가격정보와 신뢰도를 알기 어려워 인맥이나 소개에 의존해 업체를 선택하는 경우가 많아 최적의 머신비전 공급업체를 효과적으로 선정하기가 어렵다.
이 발명에서 제시하는 머신비전 시스템을 위한 검사 장치는 스마트폰과 같이 대중적인 휴대용 단말기를 이용하여 구현되므로, 머신비전에 대한 지식이 부족한 일반인도 손쉽게 접근할 수 있고, 비용 부담을 최소화하면서도 신속히 효과적으로 구축할 수 있다.
여기서 ‘신속히 구축할 수 있다’는 의미는 기존 머신비전 시스템 공급업자가 검사 현장을 직접 방문하여 검사 객체의 일부 샘플을 공급업자의 작업장에 가져온 뒤 그 샘플을 검사하기 위한 최적의 검사 환경을 찾아내어 그에 맞는 머신비전 시스템을 제작하고 수요자에게 공급하는 데 반해 이 발명은 적어도 머신비전 시스템을 필요로 하는 수요자가 수요자 자신이 소지하고 있는 스마트폰과 같은 휴대용 단말기를 통해 검사 객체를 촬영할 수 있으며 공급업체는 수요자를 직접 방문하지 않고도 신속히 머신비전 시스템의 제작에 착수할 수 있음을 의미한다.
또한 이 발명은 머신비전 시스템을 필요로 하는 수요자가 여러 머신비전 시스템 공급업체들 중 최적의 공급업체를 신속하고도 효율적으로 선정할 수 있으며, 설정된 촬영 조건(=검사 환경)의 데이터를 데이터베이스로 저장하여 보관하고 이를 전용 웹사이트에 전송하여 수요자와 공급자를 온라인에서 중개함으로써 수요자가 적합한 공급업체를 찾는 데 소요하는 시간과 비용을 절감하게 하고, 공급업체가 온라인을 통해 다양한 수요자와 접촉함으로써 매출 향상의 인프라가 조성되도록 한다. 이로써 오프라인으로만 거래가 이루어졌던 기존의 방식에서 탈피하여 머신비전 분야의 온라인 마켓을 구축할 수 있게 된다.
구체적인 발명의 내용
이 발명의 목적을 충분히 이해하기 위해서는 첨부 도면 및 그 첨부 도면을 설명하는 내용을 참조해야 한다.
도면 1a는 검사 장치의 단면도이고, 도면 1b는 검사 장치의 사시도이고, 도면 1c는 검사 장치의 측면도이다. 도면 1a 내지 도면 1c에서와 같이 검사 장치는 거치대(110), 휴대용 단말기(130), 제어부(140) 등을 포함한다. 거치대(110)는 거치대(110)의 내부를 조명하는 ‘하나 이상의 조명(112)들’을 구비한다. LED 조명은 조명(112)의 구현 예시이다. 이때 LED 조명은 개별 LED일 수도 있고, 바형, 링형, 블록형일 수도 있다. 조명(112)은 거치대(110)에 부착할 수도 있고 거치대(110)로부터 탈착할 수도 있으며, 상·하·좌·우 또는 360°로 움직일 수도 있다. 이러한 탈부착은 소켓 방식 등 다양한 방법으로 적용할 수 있다.
LED 조명은 거치대(110)의 내부의 모든 면에 설치되지만 반드시 그러하지는 않다. 거치대(110)는 외부의 간접적인 빛에 의한 조명 컨디션의 왜곡을 방지하기 위해 차광 및 암막 기능이 있는 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 거치대(110)는 일정 형상을 갖는데, 도면 1a 내지 도면 1c에서와 같이 바닥면을 개방하여 검사 객체(120)가 위치하도록 하는 사각의 6면체일 수도 있고, 도면 1a 내지 도면 1c에서와 달리 삼각뿔 형, 원통형, 원뿔형 등 필요에 따라 다양한 형태로 제작되기도 한다.
거치대(110)의 상단에는 스마트폰 같은 휴대용 단말기(130)를 설치한다. 이 때 휴대용 단말기(130)의 카메라(132)를 통해 검사 객체(120)를 확인할 수 있도록 거치대(110) 상단면의 일정 위치(예컨대, 정중앙)에 카메라(132) 크기 이상의 지름으로 구멍을 내고 그 구멍에 일정 규격의 렌즈(광학 렌즈)를 설치한다. 이때 렌즈는 종류에 관계없이 자유롭게 탈부착되며, 배율 조정도 지원된다. 거치대(110)의 상단면에는 휴대용 단말기(130) 종류에 따라 크기를 자유롭게 조절할 수 있는 고정 바(134)를 설치하여 휴대용 단말기(130)가 검사 객체(120)를 촬영할 때 휴대용 단말기(130)가 흔들리거나 움직이지 않도록 한다. 휴대용 단말기(130)는 거치대(110)에서 분리될 수 있다.
휴대용 단말기(130)는 카메라 기능을 갖추고 있어야 한다. 휴대용 단말기(130)의 종류는 다양하지만 이 설명서에서는 편의상 스마트폰이라 가정한다. 휴대용 단말기(130)는 거치대(110) 내부에 위치한 검사 객체(120)를 촬영하며, 고정바(134)에 의해 거치대(110)에 고정되어 촬영한다. 휴대용 단말기(130)가 이러한 촬영을 하기 위해 휴대용 단말기(130)에는 전용 애플리케이션이 설치되어야 한다.
제어부(140)는 휴대용 단말기(130)의 지시에 따라 휴대용 단말기(130)의 촬영 조건을 설정하고 설정된 촬영 조건에 따라 조명(112)들을 제어한다. 촬영 조건에는 촬영 환경과 관련된 다양한 수치들을 포함할 수 있는데 예컨대, 렌즈(114)의 배율, 조명(112) 조건, FOV(Field of View) 등이 그것이다. 조명 조건을 설정함으로써 이루어지는 조명(112)에 대한 제어는 상하좌우 또는 360°로 구현된다.
제어부(140)는 휴대용 단말기(130)와 데이터 케이블(142)로 연결되어 휴대용 단말기(130)의 지시를 받는다. 여기서 휴대용 단말기(130)의 지시는 휴대용 단말기(130)의 사용자가 휴대용 단말기(130)를 조작한 결과에 따라 발생한다. 휴대용 단말기(130)가 이러한 지시를 하기 위해 휴대용 단말기(130)에는 전용 애플리케이션이 설치된다. 이때 전용 애플리케이션은 휴대용 단말기(130)가 기존에 촬영하기 위해 휴대용 단말기(130)에 설치된 전용 애플리케이션과 동일하다. 제어부(140)는 외부 전원(144)에 연결된다.
휴대용 단말기(130)의 사용자, 즉, 머신비전 시스템을 구입하고자 하는 수요자는 휴대용 단말기(130)와 거치대(110) 내부에 설치된 광학렌즈(114)의 위치를 일치시킨 후 조명(112)의 전원을 켜고 휴대용 단말기(130)의 전용 애플리케이션을 사용하여 검사 객체(120)의 종류에 따른 최적의 조명 조건을 찾아 촬영한다.
이 발명에서 검사 장치는 데이터베이스(미도시)를 더 포함한다. 구체적으로, 데이터베이스는 위에서 언급한 휴대용 단말기(130) 및 제어부(140) 중 적어도 하나와 유선 혹은 무선으로 연결되어 있다.
데이터베이스는 ‘휴대용 단말기(130)에 의해 촬영된 이미지’ 및 ‘위 설정된 촬영 조건’을 휴대용 단말기(130) 및 제어부(140) 중 적어도 하나로부터 받아 저장한다. 하나 이상의 공급업체 단말기들이 위 ‘저장된 이미지’와 ‘촬영 조건’에 접근할 수 있다. ‘공급업체 단말기’란 머신비전 시스템 공급업체 측의 단말기를 의미한다. 공급업체 단말기가 데이터베이스에 온라인을 통해 접속(access)하는 것은 ‘공급업체 단말기가 데이터베이스에 접근한다’는 것이다.
‘데이터베이스가 휴대용 단말기(130)에 의해 촬영된 이미지 및 위 설정된 촬영 조건을 휴대용 단말기(130) 및 제어부(140) 중 적어도 하나로부터 받는 것’은 위 설정된 촬영 조건이기 설정된 촬영 조건과 일치하는 경우에 자동으로 개시되는 동작일 수 있다.
이 발명에 따른 검사 장치를 구입한 사용자는 전용 웹사이트에서 제품 라이선스를 인증받고 계정을 부여받을 수 있으며, 해당 검사 장치에서 측정한 검사 환경(=촬영 조건)의 데이터를 그 전용 웹사이트 상에서 불러와 렌즈 배율, 조명 조건 등의 촬영 조건 외에 특수조명 사용 여부 등의 추가적인 조건을 기재할 수도 있다. 다만, 검사장치를 이용하여 검사 객체(120)를 촬영한 이미지는 보안상의 이유로 사용자가 공개하기를 원하지 않는다면 비공개 처리할 수 있다.
도면 2a와 도면2b는 검사 장치가 촬영한 이미지이다. 또한 도면 3은 검사 방법을 나타내는 플로우차트이다. 도면 3을 도면 1a 내지 도면 1c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
사용자가 카메라 기능을 갖춘 휴대용 단말기(130)를 조작하면 휴대용 단말기(130)는 그 조작된 결과를 제어부(140)에 지시한다. 제어부(140)는 그 지시에 따라 휴대용 단말기(130)의 촬영 조건(예컨대, 조명(112)의 조명조건, FOV 등)을 설정한다(제310 단계). 제310 단계 후 제어부(140)는 휴대용 단말기(130)가 고정된 거치대(110)의 내부에서 거치대(110) 내부를 조명하는 하나 이상의 조명(112)들을 설정된 촬영 조건에 따라 제어한다(제312 단계). 제312 단계 후 휴대용 단말기(130)는 제312 단계에서 제어된 조명들의 조명 하에서 검사 객체(120)를 촬영한다(제314 단계). 제314 단계 후에, 데이터베이스(미도시)는 제314 단계에서 촬영된 이미지와 제310 단계에서 설정된 촬영 조건을 저장한다(제316 단계).
도면 4는 검사 방법을 나타내는 플로우차트이다. 도면 4를 도면 1a 내지 도면 1c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선 사용자는 휴대용 단말기(130)에 전용 애플리케이션을 설치한다(제410 단계). 제410 단계 후 휴대용 단말기(130)의 전용 애플리케이션을 실행한다(제412 단계).
제412 단계 후 휴대용 단말기(130)를 조작하여 촬영 조건을 설정하고(제414 단계) 이에 따라 제어부(140)가 촬영 조건을 설정하고(엄밀하게는 제어부가 촬영 조건을 설정한다는 것은 제414 단계에서 설정된 내용을 전자적으로 인식함을 의미한다) 설정된 촬영 조건에 따라 조명(112)들을 제어한다(제416 단계).
제416 단계 후 검사 객체(120)의 촬영을 위해 검사 장치의 거치대(110)를 검사 객체(120) 상부에 놓고, 거치대(110) 상단에 카메라(132)를 아래로 향하게 하여 휴대용 단말기(130)를 위치시킨 뒤, 렌즈(114)와 휴대용 단말기(130)의 위치를 일치시키고, 촬영 시 휴대용 단말기(130)가 움직이거나 흔들리지 않도록 설치된 고정바(134)를 이용해 휴대용 단말기(130)를 고정하며, 고정 후 거치대(110)에 설치되어 있는 제어부(140)와 휴대용 단말기(130)를 데이터 케이블(142)을 이용하여 연결한다(제418 단계).
제418 단계 후 사용자는 휴대용 단말기(130)로 검사 객체(120)를 촬영한다(제420 단계). 구체적으로, 사용자는 실행 중인 전용 애플리케이션을 조작하여 거치대(110) 내부의 조명 전원을 켜고 조명 조건을 최적화한 뒤 검사 객체(120)의 최적 영상을 촬영한다. 제420 단계 후 사용자는 휴대용 단말기(130)의 전용 애플리케이션에 기록된 ‘촬영된 이미지’ 및 ‘촬영 조건(예컨대, 조명 조건, FOV, 렌즈 배율)’ 정보를 확인한다(제422 단계).
이 발명에 따른 검사 방법은 제422 단계에서 확인된 정보가 원하는 정보와 일치하는지 여부를 판단한다(제424 단계). 제424 단계가 제422 단계 정보와 일치하지 않는다면 FOV 등 광학사양이 사용자가 원하는 광학사양인지 재차 확인한다(제426 단계). 원하는 광학사양이면 제420 단계로 진행하고 원하지 않는 광학사양이면 제414 단계로 진행한다.
한편, 제424 단계에서 일치하면 ‘촬영된 이미지’와 ‘촬영조건(조명 조건, W.D, 렌즈 배율 등)’을 저장하고 별도(전용) 데이터베이스로 전송한다(제428 단계). 제428 단계 후 사용자는 전용 웹사이트 상에서 그 저장된 이미지 및 촬영 조건을 확인 및 검토한다(제430 단계). 제430 단계 후 전용 웹사이트에서 그 저장된 촬영 조건에 추가할 만한(혹은, 대체할 만한) 조건이 있는지 판단하고 그 추가 혹은 대체할 정보를 확인한다(제432 단계). 제432 단계 후 검사 방법은 더 이상 추가 혹은 대체할 정보가 없는지 최종적으로 판단한다(제434단계).
제434 단계에서 더 이상 추가 혹은 대체할 정보가 없다면 여러 머신비전 시스템 공급업체들을 상대로 온라인 경매를 진행하여 최적의 공급업체를 선정하고 선정된 공급업체에게 견적서를 요청하면 된다(제436 단계).
특허권자 | 엠비젼, 발명자 이구열
