KR101717582B1 - 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템 및 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법 - Google Patents

용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템 및 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템에 관한 것으로서, 용접 작업을 수행하는 용접 로봇 및 용접 로봇의 일측에 설치되어 용접 대상이 되는 용접 부재에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템을 포함하여 이루어진 잠호 용접 시스템에 있어서, 상기 레이저 비전 시스템을 통해 용접 시스템 진행 방향을 따라 3분할된 영상을 취득할 수 있도록, 레이저 비전 시스템의 전방에 설치되는 영상 필터를 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접의 경우에도 레이저 비전 시스템에서 취득한 세 개의 분할된 영상으로부터 용접선 추적이 가능한 이점이 있다.

Description

용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템 및 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법{Submerged arc welding machine capable of weld-line trace and image processing method for weld-line trace of submerged arc welding machine}
본 발명은 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접에 관한 것으로서, 특히 개선면에 플럭스와 컷 와이어를 살포하여 용접 작업을 수행하는 경우의 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템 및 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법에 관한 것이다.
잠호 용접(SAW)은 용접 대상이 되는 용접 부재와 용가재 사이에서 발생된 아크가 용접 부위에 살포된 플럭스 내부에서 일어나기 때문에 아크가 외부로 노출되는 것이 거의 없다는 특성이 있으며, 사용되는 와이어 경에 따라 적용되는 용접전류의 영역범위가 다르다. 중공업 분야에서는 고전류를 사용하여 주판의 판계 맞대기 용접에 주로 적용하고 있으며, 용접은 두께가 약 20mm 이하인 경우에는 I개선, 그 이상인 경우에는 Y개선이나 X개선으로 가공하여 그 용접부위를 잠호 용접으로 용접을 실시하고 있다. 용접 순서는 2전극(DC+AC) 또는 3전극(DC+AC+AC)으로 전면을 용접하고, 부재를 뒤집어 이면을 같은 방식으로 용접하고 있다.
도 1은 종래 잠호 용접 시스템의 구성도로서, 크게 용접 대상이 되는 용접 부재(1)를 용접하기 위하여 소정의 레일(2)을 따라 이동하기 위한 캐리지(11), 와이어(12), 용접 토치(13) 및 용접 토치(13)로 용접을 수행할 때 용융지를 보호하기 위한 살포되는 플럭스를 저장하는 호퍼 탱크(14) 등을 구비하여 용접 작업을 수행하는 용접 로봇(10) 및 용접 로봇(10)의 일측에 설치되어 용접 부재(1)에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재(1)의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템(20)을 포함하여 이루어진다.
한편, 일반적으로 레이저 비전 시스템(20)을 용접선 추적에 사용하는 경우에는 개선면이 깨끗한 상태이거나 용접이 수행된 상태로 개선면에 조사된 레이저 띠 영상을 취득하여 조인트의 기하학적 정보를 측정하게 되지만, 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접에서는 개선면에 컷 와이어를 살포함으로써 레이저 비전 시스템(20)을 이용하여 개선면을 직접 측정할 수 없게 된다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
일반적인 잠호 용접의 경우, 개선면에 컷 와이어가 살포되지 않고 플럭스만이 살포된다. 이 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 레이저 비전 시스템(20)으로 용접 부재(1)를 측정하고, 도 3에 도시한 바와 같이 측정된 영상에서 선이 꺾여있는 모서리 부분을 측정하여 용접선 추적에 사용한다.
그렇지만, 용접시에 용착량을 증가시키기 위하여 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접의 경우, 개선면에 플럭스와 함께 컷 와이어가 살포된다. 이 경우, 도 4에 도시한 바와 같이 레이저 비전 시스템(20)으로 용접 부재(1)를 측정하게 되면, 개선면에 컷 와이어가 살포되어 개선의 형태를 측정하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 측정된 영상에서 선이 꺾여있는 모서리 부분을 측정할 수가 없으므로 용접선 추적에 필요한 점을 찾아내기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개선면에 컷 와이어가 살포된 상태에서도 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템 및 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템은, 용접 작업을 수행하는 용접 로봇 및 용접 로봇의 일측에 설치되어 용접 대상이 되는 용접 부재에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템을 포함하여 이루어진 잠호 용접 시스템에 있어서, 상기 레이저 비전 시스템을 통해 용접 시스템 진행 방향을 따라 3분할된 영상을 취득할 수 있도록, 레이저 비전 시스템의 전방에 설치되는 영상 필터와; 상기 레이저 비전 시스템에서 취득한 3분할된 영상을 이진화 처리하는 이진화 처리부와; 상기 이진화 처리부에서 처리한 이진화 영상에 대해 모폴로지 연산인 닫힘과 열림 연산을 수행하는 닫힘/열림 연산부와; 상기 닫힘/열림 연산부에서 닫힘과 열림 연산 처리된 영상으로부터 상단부와 하단부 영상의 무게 중심점을 각각 구하여 연결한 선과 중간부 영상이 만나는 점을 추출하는 점 추출부를 포함하고, 상기 영상 필터는 레이저 비전 시스템 자체로 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 중간부에 띠 모양으로 형성된 밴드패스 필터부와, 카메라를 통해 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 양측단부에 형성된 글라스부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
삭제
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법은, 용접 작업을 수행하는 용접 로봇 및 용접 로봇의 일측에 설치되어 용접 대상이 되는 용접 부재에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템을 포함하여 이루어진 잠호 용접 시스템에서 개선면에 컷 와이어를 살포하여 용접 작업을 수행하는 경우의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법으로서, 레이저 비전 시스템의 전방에 영상 필터를 설치하여, 레이저 비전 시스템을 통해 용접 시스템 진행 방향을 따라 3분할된 영상을 취득하는 단계와; 상기 취득된 3분할된 영상을 이진화 처리하는 단계와; 상기 처리된 이진화 영상을 닫힘과 열림 연산을 수행하여, 얻어진 영상으로부터 상단부와 하단부 영상의 무게 중심점을 각각 구하여 연결한 선과 중앙부 영상이 만나는 점을 추출하여 용접선 추적점으로 사용하는 단계를 포함하고, 상기 영상 필터는, 중간부가 레이저 비전 시스템 자체로 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 밴드패스 필터부로 되어 있고, 양측단부가 카메라를 통해 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 글라스부로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 따르면, 개선면에 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접의 경우에도 레이저 비전 시스템에서 취득한 세 개의 분할된 영상으로부터 용접선 추적이 가능한 이점이 있다.
도 1은 종래 잠호 용접 시스템의 구성도.
도 2는 컷 와이어를 사용하지 않는 잠호 용접시 레이저 비전 시스템의 측정 개념도.
도 3은 컷 와이어를 사용하지 않는 잠호 용접시 레이저 비전 시스템의 측정 영상.
도 4는 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접시 레이저 비전 시스템의 측정 개념도.
도 5는 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접시 레이저 비전 시스템의 측정 영상.
도 6은 본 발명에 따른 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템의 구성도.
도 7은 도 6의 영상 필터 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템에서 측정된 영상.
도 9는 도 8의 이진화 처리 후의 영상.
도 10은 도 9의 모폴로지 닫힘과 열림 연산 처리 후의 영상.
도 11은 본 발명에 따른 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법의 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템의 구성도, 도 7은 도 6의 영상 필터 개념도, 도 8은 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템에서 측정된 영상, 도 9는 도 8의 이진화 처리 후의 영상, 도 10은 도 9의 모폴로지 닫힘과 열림 연산 처리 후의 영상이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템은, 개선면에 컷 와이어를 사용하는 잠호 용접의 경우에도 용접선 추적이 가능하도록, 용접 작업을 수행하는 용접 로봇(110), 용접 로봇(110)의 일측에 설치되어 용접 대상이 되는 용접 부재에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템(120) 이외에 상기 레이저 비전 시스템(120)을 통해 용접 작업이 진행되는 용접 시스템 진행 방향을 따라 3분할된 영상을 취득할 수 있도록, 레이저 비전 시스템(120)의 전방에 설치되는 영상 필터(130), 이진화 처리부(140) 및 닫힘/열림 연산부(150)를 구비한다.
상기 영상 필터(130)는 중간부에 띠 모양으로 형성된 밴드패스 필터부(131)와, 양측단부에 형성된 글라스부(132),(133)로 이루어진다.
즉, 상기 영상 필터(130)는, 중간부가 레이저 비전 시스템(120) 자체로 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 예를 들면 중심 파장이 660 nm 정도인 밴드패스 필터부(131)로 되어 있고, 양측단부가 카메라 영상 즉, 일반 카메라를 통해 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 글라스부(132),(133)로 되어 있는 것이다.
이에 따라, 레이저 비전 시스템(120)의 전방에 영상 필터(130)를 적용함으로써 레이저 비전 시스템(120)에서 측정되는 영상은 도 8에 도시한 바와 같이 세 개의 영역으로 분할된다.
상기 이진화 처리부(140)는 상기 레이저 비전 시스템(120)에서 취득한 세 개의 영역으로 분할된 영상을 이진화 처리한다. 이진화 처리 결과, 도 9에 도시한 바와 같이 중간부의 영상은 이진화만으로 하나의 선이 얻어지고, 상단부와 하단부의 영상은 개선면에 컷 와이어가 살포되어 있는 경우 컷 와이어의 영항으로 인해 고르지 못한 영상이 얻어진다.
상기 닫힘/열림 연산부(150)는 상기 이진화 처리부(140)에서 처리한 이진화 영상으로부터 용접선 추출을 위하여 상단부와 하단부 이진화 영상을 공지된 기술인 모폴로지 연산인 닫힘과 열림 연산(Mopology closing and opening operation)을 차례로 수행한다. 모폴로지 닫힘과 열림 연산(Mopology closing and opening operation)의 경우 노이즈 감소를 위해 수행하는데, 그 결과 도 10에 도시한 바와 같이, 고르지 못한 영상이 균일한 영상으로 된다.
참고적으로, 상기 모폴로지 연산은 영상 내에 존재하는 특정 객체의 형태를 변형시키는 용도로 사용되는 영상 처리 기법이며, 객체의 모양을 표현하거나 기술하기 위한 용도로도 사용된다. 모폴로지 연산은 이진 영상 처리에 주로 사용되며, 그레이스케일 영상에도 확장되어 적용될 수 있다.
한편, 점 추출부(미도시)에서는 상기 닫힘/열림 연산부(150)에서 닫힘과 열림 연산 처리된 영상으로부터 상단부와 하단부 영상의 무게 중심점을 각각 구하여 연결한 선과 중간부 영상이 만나는 점을 추출하여 용접선 추적점으로 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법의 흐름도이다.
본 발명의 영상 처리 방법은, 용접 작업을 수행하는 용접 로봇 및 용접 로봇의 일측에 설치되어 용접 대상이 되는 용접 부재에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템을 포함하여 이루어진 잠호 용접 시스템에서 개선면에 플럭스와 컷 와이어를 살포하여 용접 작업을 수행하는 경우의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법이다.
도 11을 참조하면, 먼저 레이저 비전 시스템의 전방에 영상 필터를 설치하여, 레이저 비전 시스템을 통해 용접 시스템 진행 방향을 따라 3분할된 영상을 취득한다(S110). 상기 영상 필터는, 도 7에 도시한 바와 같이, 중간부가 레이저 비전 시스템 자체로 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 밴드패스 필터부로 되어 있고, 양측단부가 일반 카메라를 통해 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 글라스부로 되어 있을 수 있다.
레이저 비전 시스템 전방에 영상 필터를 사용함으로써 레이저 비전 시스템에서 측정되는 영상은 도 8에 도시한 바와 같이 세 개의 영역으로 분할된다.
계속해서, 상기 취득된 3분할된 영상을 이진화 처리한다(S120). 이진화 처리 결과, 도 9에 도시한 바와 같이 중간부의 영상은 이진화만으로 하나의 선이 얻어지고, 상단부와 하단부의 영상은 컷 와이어가 살포되어 있는 경우 컷 와이어의 영항으로 인해 고르지 못한 영상이 얻어진다.
마지막으로, 상기 처리된 이진화 영상으로 용접선을 추출하기 위하여 상단부와 하단부의 이진화 영상을 모폴로지 연산인 닫힘과 열림 연산을 차례로 수행한다(S130). 닫힘과 열림 연산 결과, 도 10에 도시한 바와 같이 고르지 못한 영상이 균일한 영상으로 된다.
이렇게 얻어진 영상으로부터 상단부와 하단부 영상의 무게 중심점을 각각 구하여 연결한 선과 중앙부 영상이 만나는 점을 추출하여 용접선 추적점으로 사용할 수 있다.
참고적으로, 점호 용접의 경우에는 용접선 추적에 요구되는 위치 정밀도가 일반적으로 크지 않고 용융지가 크게 형성되기 때문에 용접선 추적 성능이 다소 떨어지더라도 이를 적용할 수 있으므로 이 경우에 발생하는 용접선 추적 오차는 용접에 적용할 경우, 용접 품질의 저하를 일으키지 않는 범위내에서 발생한다.
한편, 본 발명에 따른 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템 및 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 잠호 용접 시스템 110 : 용접 로봇
120 : 레이저 비전 시스템 130 : 영상 필터
131 : 밴드패스 필터부 132,133 : 글라스부
140 : 이진화 처리부 150 : 닫힘/열림 연산부

Claims (5)

  1. 용접 작업을 수행하는 용접 로봇(110) 및 용접 로봇(110)의 일측에 설치되어 용접 대상이 되는 용접 부재에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템(120)을 포함하여 이루어진 잠호 용접 시스템(100)에 있어서,
    상기 레이저 비전 시스템(120)을 통해 용접 시스템 진행 방향을 따라 3분할된 영상을 취득할 수 있도록, 레이저 비전 시스템(120)의 전방에 설치되는 영상 필터(130)와;
    상기 레이저 비전 시스템(120)에서 취득한 3분할된 영상을 이진화 처리하는 이진화 처리부(140)와;
    상기 이진화 처리부(140)에서 처리한 이진화 영상에 대해 모폴로지 연산인 닫힘과 열림 연산을 수행하는 닫힘/열림 연산부(150)와;
    상기 닫힘/열림 연산부(150)에서 닫힘과 열림 연산 처리된 영상으로부터 상단부와 하단부 영상의 무게 중심점을 각각 구하여 연결한 선과 중간부 영상이 만나는 점을 추출하는 점 추출부를 포함하고,
    상기 영상 필터(130)는 레이저 비전 시스템 자체로 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 중간부에 띠 모양으로 형성된 밴드패스 필터부(131)와, 카메라를 통해 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 양측단부에 형성된 글라스부(132),(133)로 이루어진 용접선 추적이 가능한 잠호 용접 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 용접 작업을 수행하는 용접 로봇 및 용접 로봇의 일측에 설치되어 용접 대상이 되는 용접 부재에 레이저를 조사하여 얻어진 영상을 처리함으로써 용접 부재의 기하학적인 형상을 측정하는 레이저 비전 시스템을 포함하여 이루어진 잠호 용접 시스템에서 개선면에 컷 와이어를 살포하여 용접 작업을 수행하는 경우의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법으로서,
    레이저 비전 시스템의 전방에 영상 필터를 설치하여, 레이저 비전 시스템을 통해 용접 시스템 진행 방향을 따라 3분할된 영상을 취득하는 단계와;
    상기 취득된 3분할된 영상을 이진화 처리하는 단계와;
    상기 처리된 이진화 영상을 모폴로지 연산인 닫힘과 열림 연산을 수행하여, 얻어진 영상으로부터 상단부와 하단부 영상의 무게 중심점을 각각 구하여 연결한 선과 중앙부 영상이 만나는 점을 추출하여 용접선 추적점으로 사용하는 단계를 포함하고,
    상기 영상 필터는, 중간부가 레이저 비전 시스템 자체로 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 밴드패스 필터부로 되어 있고, 양측단부가 카메라를 통해 취득되는 영상과 동일한 영상이 취득될 수 있도록 글라스부로 되어 있는 잠호 용접 시스템의 용접선 추적을 위한 영상 처리 방법.
  5. 삭제
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