KR101910596B1 - A ink-jet type food 3d printer device capable of precision printing based on image sensor positioning - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet type food 3D printer apparatus, and more particularly, to an ink jet type food 3D printer apparatus capable of precision printing based on image sensor positioning.
일반적으로 3D 식품 프린팅 기술은 CAD나 3D 스캐너를 통해 만들어낸 3차원 디지털 디자인을 바탕으로 식품구성 비율, 영양학적 데이터 등을 반영한 후 식품원료를 한층 씩 적층하여 3차원으로 재구성하는 식품 제조 기술이다. 이러한 3D 프린터의 원리는 잉크젯 프린터의 원리와 유사하다. 2D 프린터라고 할 수 있는 잉크젯 프린터는 디지털화된 파일을 전송받아 잉크분사 노즐을 X축과 Y축으로 이동 시키면서 종이에 잉크를 분사하여 활자나 그림 등의 2D 이미지를 인쇄하는데, 3D 프린터는 여기에 Z축 방향의 움직임을 더하여 3차원 입체 형상을 구현한다.
In general, 3D food printing technology is a food manufacturing technology that reflects food composition ratio and nutritional data based on 3D digital design created through CAD or 3D scanner, and then reconstructs food ingredients in three dimensions. The principle of such a 3D printer is similar to that of an inkjet printer. Inkjet printers, which can be called 2D printers, transfer digitized files and move the ink jet nozzles along the X and Y axes while spraying ink onto the paper to print 2D images such as type and pictures. And adds a motion in the axial direction to realize a three-dimensional solid shape.
이와 같은 3D 식품 프린팅 기술은 단순히 식품의 제조 공정에 집중하는 것이 아니라, 새로운 형태와 질감 그리고 완전히 개인에게 맞춰진 식품을 디자인하는 것과 관련된다. 다시 말해, 이 기술을 통해 곡류, 육류, 채소류와 같은 필수적인 식품과 3D 프린팅을 통한 새로운 구조적 특징을 결합하여 시너지 효과를 만들어 내는 것을 목적으로 하며, 3D 식품 프린팅은 기존 식품의 형태와 질감을 자유롭게 디자인할 수 있으며, 식품의 구성성분, 맛과 향미 등이 완전히 다른 개별적인 식품을 생산할 수 있어 다양한 식품 산업에 응용될 수 있다.
This 3D food printing technology does not simply focus on the food manufacturing process, but is about designing new shapes, textures, and completely personalized foods. In other words, this technology aims to create synergistic effects by combining essential food such as cereals, meat, and vegetables with new structural features through 3D printing, and 3D food printing can freely design the shape and texture of existing food And can be applied to various food industries because it can produce individual foods completely different in composition, taste and flavor of food.
상술한 바와 같은 식품 3D 프린터 기술은 식품으로 구성되는 잉크를 3차원 구동이 가능한 압출기에 충전하고, 스크루와 피스톤과 유압, 및 진동 등으로 식품 잉크를 사출하면서 증착하는 공통적인 원리 가지고 있으며, 잉크로 사용되는 식품의 물리적 특성, 상변화 혹은 화학반응에 의존한 메커니즘에 따라 단순 압출성형, 용융(熔融) 압출성형, 젤화 압출성형, 잉크젯 방식 등으로 분류되고 있다.
The food 3D printer technology as described above has a common principle of filling an ink composed of food into an extruder capable of three-dimensionally driving and depositing food ink by injection of a food ink by a screw, a piston, a hydraulic pressure, and a vibration, It is classified into simple extrusion molding, melt extrusion molding, gelation extrusion molding, inkjet method, and the like depending on the physical characteristics of the food to be used, the mechanism depending on the phase change or the chemical reaction.
현재의 식품 3D 프린터 기술의 동향을 보면, 2006년 미국 코넬대학교 호드립슨 교수 연구실에 개발한 초콜릿, 쿠키, 치즈를 원료로 하는 최초의 압출(壓出) 방식의 식품 3D 프린터 기술이 있으며, 네덜란드의 응용과학기술연구소(TNO)에서 이탈리아 파스타 제조업체인 비랄라(Barilla)와 협업하여, 파스타의 향미성(香味性)과 식감(食疳)을 재연할 수 있는 3D 프린터 개발에 성공하였다. 또한, 미국의 세계 3D 프린터 선도기업인 3D Systems 사는 글로벌 초콜릿 제조사인 Hershey's와 협력하여 용융(熔融) 압출방식의 초콜릿 프린터의 개발에 성공한 사례가 있다. 또한, 2015년 이스라엘의 Ripples社는 출력 매체(즉, 식품) 자체의 응집력을 이용한 잉크젯(Inkjet) 방식 식품 3D 프린터로써 커피콩에서 추출한 천연 잉크를 사용하여 라떼(우유 거품) 위에 출력해주는 라떼아트 프린터를 최초로 개발하였으며, 현재 중국 Zhengzhou Really Machinery 社, 이탈리아의 Lesepidado 社의 유사 제품이 있다. 특히, 잉크젯 방식 식품 3D 프린터는 다른 방식과 비교하여 고속(1분 이내)으로 출력이 가능하다는 장점을 가지고 있으며, 이는 리드타임(Lead time)이 짧아야 되는 즉석 식품(예: 라떼아트, 크림 맥주, 아이스크림, 제과 등)의 응용에 적합하다.
Current trends in food 3D printer technology include the first extruded food 3D printer technology developed in 2006 by Cornell University's Dr. Drewsson lab in the United States, with chocolate, cookies and cheese as raw materials, Has developed a 3D printer that can reproduce the flavor and texture of pasta in collaboration with Italian pasta maker Barilla at the Applied Science and Technology Research Institute (TNO). In addition, 3D Systems, a leading global 3D printer company in the US, has collaborated with global chocolate maker Hershey's to develop molten (extruded) chocolate printers. In addition, in 2015, Israel's Ripples is an Inkjet food 3D printer that uses the cohesion of its output media (ie, food). It is a latte art printer that prints on lattes (milk bubbles) using natural inks extracted from coffee beans Zhengzhou Really Machinery of China and Lesepidado of Italy. Especially, the inkjet type food 3D printer has advantages such as high speed (less than 1 minute) output compared to other methods, and it has advantages such as ready food (eg latte art, cream beer, Ice cream, confectionery, etc.).
그러나 잉크젯 방식 식품 3D 프린터는 입체적인 출력 매체의 사출 위치(x, y, z 기준 좌표 및 사출 면적)를 정확히 검출해야만 정교한 품질의 인쇄가 가능한 한계가 있다. 즉, 종래의 잉크젯 방식 식품 3D 프린터에서는 사람이 수동으로 출력 매체를 트레이 위의 기준점에 위치시키고, 트레이를 압출기에 근접시켜 잉크젯 방식으로 식품 잉크를 사출시켜 출력 매체의 표면 위에 출력물을 증착시키는 방법을 일반적으로 적용하여 사용하고 있다. 이와 같이 사람이 수동으로 트레이의 기준점 위치에 출력 매체를 위치시키는 종래의 잉크젯 방식 식품 3D 프린터에서는 출력 매체를 정확하게 정렬하여 위치시키기 어려운 기술적 한계가 있으며, 특히 사람의 실수로 정확한 위치에 출력물을 증착시키는 것에 어려움이 따르게 되는 문제가 있었다. 즉, 종래의 잉크젯 방식 식품 3D 프린터에서는 출력 매체의 위치를 정확하게 정렬시키지 못함에 따라 제한된 출력 면적을 갖는 출력 매체에서 잘못된 측위정보로 인한 출력 이미지의 치우침이 발생할 뿐만 아니라, 출력 매체의 외부로 식품 원료 분사 등을 초래하여 위생상으로도 문제가 발생될 수 있다. 대한민국 등록특허공보 제10-1234041호와, 공개특허공보 제10-2009-0063287호가 선행기술 문헌으로 개시되고 있다.However, the inkjet type food 3D printer has a limitation in that precise quality printing can be performed only when the ejection position (x, y, z reference coordinates and ejection area) of a three-dimensional output medium is accurately detected. That is, in a conventional inkjet type food 3D printer, a method in which a person manually places an output medium at a reference point on a tray, and a tray is brought close to the extruder to eject food ink by an inkjet method to deposit an output product on the surface of the output medium It is generally applied and used. In the conventional inkjet type food 3D printer in which a person manually places the output medium at the reference point of the tray, there is a technical limitation that it is difficult to accurately align and position the output medium. Especially, There was a problem that the difficulty was followed. That is, in the conventional ink jet type food 3D printer, since the position of the output medium can not be accurately aligned, the output image is misaligned due to incorrect positioning information in an output medium having a limited output area, Spraying, etc., which may cause problems in hygiene. Korean Patent Registration No. 10-1234041 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2009-0063287 are disclosed in the prior art documents.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 식품 3D 프린팅 본체와 카메라 센서와 제어부와 트레이 구동부와 잉크젯 헤드 구동부 및 LED 조명부를 구비하는 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치를 구성하되, 식품 3D 프린팅 본체의 트레이에 위치하는 출력 매체를 카메라 센서로 촬영하여 이미지를 획득하고, 제어부에서 획득된 이미지의 영상처리를 수행하여 식품 잉크가 사출될 출력 매체의 표면(X/Y축 좌표)을 정확하게 자동으로 검출하도록 구성함으로써, 검출되는 출력 매체 표면의 좌표 측위 정보를 기반으로 잉크젯 헤드의 정밀고속 제어가 가능하고, 그에 따른 출력 매체의 정확한 사출 위치에서 잉크젯 방식으로 식품 잉크가 출력 매체의 표면에 정교하게 증착될 수 있도록 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems of the previously proposed methods, and it is an object of the present invention to provide an inkjet type food 3D printer apparatus having a food 3D printing body, a camera sensor, a controller, a tray driver, an inkjet head driver, The image of the output medium positioned on the tray of the food 3D printing body is captured by the camera sensor to obtain an image and the image of the image obtained by the control unit is processed so that the surface of the output medium on which the food ink is to be ejected Precision inkjet head can be accurately and precisely controlled on the basis of coordinate positional information of the surface of the output medium to be detected, and food ink can be ejected from the output medium To be precisely deposited on the surface of the image sensor < RTI ID = 0.0 > To provide an ink-jet method wheat food 3D printer device print-enabled for that purpose.
또한, 본 발명은, 카메라 센서로부터 받은 출력 매체의 이미지를 제어부의 영상처리 알고리즘을 통해 탑-뷰 이미지 변환과, 이미지의 에지 검출과, 원형 호프 변환의 영상처리를 순차로 수행하도록 구성함으로써, 검출되는 출력 매체의 중심점 및 반지름의 검출 정보가 픽셀 단위로 정밀하게 측정되고, 그에 따른 출력 매체의 측정되는 X, Y축의 인쇄 기준 위치와 면적의 정확도가 더욱 향상될 수 있도록 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
Also, according to the present invention, the image of the output medium received from the camera sensor is sequentially subjected to the top-view image conversion, the edge detection of the image, and the image processing of the circular hop transformation through the image processing algorithm of the control unit, Based on the detection information of the center point and the radius of the output medium is precisely measured in units of pixels so that the accuracy of the printed reference position and area of the measured X and Y axes of the output medium can be further improved. It is another object of the present invention to provide an inkjet type food 3D printer device capable of printing.
뿐만 아니라, 본 발명은, 카메라 센서의 배치 위치를 탑-뷰가 아닌 측면에 설치되도록 구성함으로써, 출력 매체에서 발생하는 기화 및 액화 현상으로 인한 수증기 발생에 따른 카메라 렌즈 오염에 의해 이미지 획득의 어려움이 방지될 수 있도록 하고, 또한, LED 조명부를 통해 특정 조도로 조명이 가능하도록 구성함으로써, 어두운 프린터 하우징에서의 이미지 획득에 발생하는 조명 문제가 최소화됨은 물론, 카메라 센서 및 제어부에서 출력 매체의 다양한 색상 및 투명도에 대응한 이미지 획득 및 영상처리의 보정이 더욱 향상될 수 있도록 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, since the camera sensor is disposed on the side surface rather than the top-view, it is difficult to acquire an image due to contamination of the camera lens due to vapor generation due to vaporization and liquefaction phenomena occurring in the output medium In addition, by configuring the LED illumination unit to be able to illuminate with a specific illumination, it is possible to minimize illumination problems that occur in image acquisition in a dark printer housing, Another object of the present invention is to provide an inkjet type food 3D printer device capable of precisely printing based on image sensor positioning, which enables further improvement of image acquisition and image processing corresponding to transparency.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치는,According to an aspect of the present invention, there is provided an ink jet type food 3D printer apparatus capable of precise printing based on image sensor positioning,
이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치로서,An inkjet food 3D printer apparatus capable of precise printing based on image sensor positioning,
하부에 출력 매체를 올려놓을 수 있는 트레이를 구비하고, 상부에 프린팅을 수행할 피에조 노즐을 구비하는 잉크젯 헤드를 구비하는 식품 3D 프린팅 본체;A food 3D printing body having an ink jet head having a tray on which an output medium can be placed, and a piezo nozzle for performing printing on an upper portion;
상기 식품 3D 프린팅 본체의 상단에 설치되어, 상기 식품 3D 프린팅 본체에 구비되는 트레이에 위치하는 출력 매체의 영상을 촬영하여 제공하는 카메라 센서;A camera sensor installed at an upper end of the food 3D printing body to photograph and provide an image of an output medium positioned in a tray provided in the food 3D printing body;
상기 카메라 센서를 통해 촬영되는 출력 매체의 이미지에 대해 영상처리를 수행하여 식품 잉크가 사출될 출력 매체의 표면(X/Y축 좌표)을 검출하고, 그에 따른 상기 잉크젯 헤드의 구동제어와 상기 트레이의 구동제어를 수행하는 제어부;(X / Y-axis coordinate) of an output medium on which food ink is to be ejected by performing image processing on an image of an output medium photographed through the camera sensor, A control unit for performing drive control;
상기 제어부의 제어 하에, 상기 식품 3D 프린팅 본체의 트레이에 올려진 출력 매체의 인쇄대상표면(Printing target surface)이 잉크젯 헤드에 근접하여 위치될 수 있도록 상기 트레이를 상승시키는 트레이 구동부; 및A tray driving unit for raising the tray so that a printing target surface of an output medium placed on a tray of the food 3D printing body can be positioned close to the ink jet head under the control of the control unit; And
상기 제어부의 제어 하에, 상기 식품 3D 프린팅 본체의 상부에 구비되는 상기 잉크젯 헤드의 X, Y축 이동과, 상기 잉크젯 헤드의 피에조 노즐을 통해 출력 매체에 미리 설정된 프린팅이 증착될 수 있도록 상기 잉크젯 헤드를 구동시키는 잉크젯 헤드 구동부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
The ink jet head is moved under the control of the control unit to move the X and Y axes of the inkjet head provided on the food 3D printing body and the preset printing on the output medium through the piezo nozzle of the inkjet head, And an inkjet head driver for driving the inkjet head.
바람직하게는, 상기 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치는,Preferably, the inkjet type food 3D printer device further comprises:
상기 식품 3D 프린팅 본체의 상단에 설치되어, 상기 식품 3D 프린팅 본체에 구비되는 트레이에 위치하는 출력 매체의 촬영 및 영상 처리 과정에서 상기 출력 매체의 투명도 및 색상에 대한 보정의 영상처리가 가능하도록 특정 조도(Lux)의 조명을 제공하는 LED 조명부를 더 포함하여 구성할 수 있다.
The image processing apparatus according to claim 1, further comprising: an image processing unit that is installed on an upper end of the food 3D printing body to process image data of an output medium positioned on a tray of the food 3D printing body, And an LED illumination unit for providing illumination of a lux (Lux).
더욱 바람직하게는, 상기 LED 조명부는,More preferably, the LED illumination unit includes:
복수의 LED 램프 어레이로 구성되고, 상기 제어부의 제어 하에 상기 출력 매체의 투명도, 색상, 및 종류에 따라 미리 설정되는 특정 조도(Lux)로 조명을 제공할 수 있다.
A plurality of LED lamp arrays, and under the control of the control unit, illumination can be provided with a specific illuminance Lux that is preset according to the transparency, color, and type of the output medium.
바람직하게는, 상기 카메라 센서는,Preferably, the camera sensor comprises:
상기 식품 3D 프린팅 본체에 구비되는 트레이에 위치하는 출력 매체의 영상을 촬영하여 제어부로 제공하되, 상기 출력 매체에서 발생하는 기화 및 액화 현상으로 인한 수증기 발생 시에 카메라 렌즈 오염에 의해 이미지 획득이 어려워지는 것이 방지될 수 있도록 상기 식품 3D 프린팅 본체의 탑-뷰가 아닌 측면에 위치되도록 설치할 수 있다.
The image of the output medium positioned on the tray provided in the food 3D printing body is photographed and provided to the control unit. However, when water vapor is generated due to the vaporization and liquefaction phenomena occurring in the output medium, View of the food 3D printing body so that it can be prevented from being top-viewed.
바람직하게는, 상기 제어부는,Preferably, the control unit includes:
상기 카메라 센서로부터 제공받은 출력 매체의 이미지를 투영변환을 통해 탑-뷰(Top-View) 이미지로 변환하고, 이미지의 에지를 검출한 후 원형 호프(circular hough) 변환을 통하여 출력 매체의 중심점 및 반지름을 검출할 수 있다.
The image of the output medium provided from the camera sensor is converted into a top-view image through projection transformation, and the edge of the image is detected. Then, the center point and the radius of the output medium Can be detected.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는,More preferably,
상기 출력 매체의 중심점 및 반지름의 검출을 통해 출력 매체의 중심 좌표와 반지름을 픽셀 단위로 정밀하게 측정할 수 있다.
The center coordinates and the radius of the output medium can be precisely measured in units of pixels through detection of the center point and the radius of the output medium.
더욱 바람직하게는, 상기 트레이 구동부는,More preferably, the tray driving unit includes:
상기 식품 3D 프린팅 본체의 내부에 구비되는 Z축 모터와 롤러를 구비하고, 상기 Z축 모터와 롤러에 감긴 구동 벨트에 상기 트레이가 연결되어, 상기 Z축 모터의 회전 구동에 대응하여 상기 구동 벨트가 회전되고, 이에 연동하여 상기 트레이가 상승 또는 하강될 수 있도록 할 수 있다.
A Z-axis motor and a roller provided in the food 3D printing body, the tray being connected to the Z-axis motor and a drive belt wound on the roller, So that the tray can be raised or lowered in conjunction therewith.
더욱 바람직하게는, 상기 잉크젯 헤드 구동부는,More preferably, the inkjet head driving unit includes:
상기 잉크젯 헤드가 X축 방향으로 이동될 수 있도록 하는 X축 구동부;An X-axis driving unit for moving the ink-jet head in the X-axis direction;
상기 잉크젯 헤드를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 구동부를 Y축 방향으로 이동될 수 있도록 하는 Y축 구동 모터; 및A Y-axis driving motor for moving the X-axis driving unit for moving the ink-jet head in the X-axis direction; And
상기 잉크젯 헤드의 피에조 노즐의 분사를 구동시키기 위한 분사 구동부를 포함하여 구성할 수 있다.And an ejection driving unit for driving ejection of the piezo nozzle of the inkjet head.
본 발명에서 제안하고 있는 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치에 따르면, 식품 3D 프린팅 본체와 카메라 센서와 제어부와 트레이 구동부와 잉크젯 헤드 구동부 및 LED 조명부를 구비하는 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치를 구성하되, 식품 3D 프린팅 본체의 트레이에 위치하는 출력 매체를 카메라 센서로 촬영하여 이미지를 획득하고, 제어부에서 획득된 이미지의 영상처리를 수행하여 식품 잉크가 사출될 출력 매체의 표면(X/Y축 좌표)을 정확하게 자동으로 검출하도록 구성함으로써, 검출되는 출력 매체 표면의 좌표 측위 정보를 기반으로 잉크젯 헤드의 정밀고속 제어가 가능하고, 그에 따른 출력 매체의 정확한 사출 위치에서 잉크젯 방식으로 식품 잉크가 출력 매체의 표면에 정교하게 증착될 수 있도록 할 수 있다.
According to an ink jet type food 3D printer apparatus capable of precise printing based on image sensor positioning proposed in the present invention, an ink jet type food 3D printer apparatus having a food 3D printing body, a camera sensor, a control unit, a tray driving unit, an inkjet head driving unit, (X / Y) of the output medium on which the food ink is to be ejected by performing image processing of an image obtained by capturing an output medium located on a tray of the food 3D printing body with a camera sensor to obtain an image, Y axis coordinate) of the inkjet head can be accurately and automatically detected, accurate high-speed control of the inkjet head can be performed on the basis of the coordinate positioning information of the detected output medium surface, And can be finely deposited on the surface of the output medium. .
또한, 본 발명에 따르면, 카메라 센서로부터 받은 출력 매체의 이미지를 제어부의 영상처리 알고리즘을 통해 탑-뷰 이미지 변환과, 이미지의 에지 검출과, 원형 호프 변환의 영상처리를 순차로 수행하도록 구성함으로써, 검출되는 출력 매체의 중심점 및 반지름의 검출 정보가 픽셀 단위로 정밀하게 측정되고, 그에 따른 출력 매체의 측정되는 X, Y축의 인쇄 기준 위치와 면적의 정확도가 더욱 향상될 수 있도록 할 수 있다.
In addition, according to the present invention, the image of the output medium received from the camera sensor is configured to sequentially perform the top-view image conversion, the edge detection of the image, and the image processing of the circular hop transformation through the image processing algorithm of the control unit, The detection information of the center point and the radius of the detected output medium is precisely measured in units of pixels and the accuracy of the printed reference position and area of the measured X and Y axes of the output medium can be further improved.
뿐만 아니라, 본 발명은, 카메라 센서의 배치 위치를 탑-뷰가 아닌 측면에 설치되도록 구성함으로써, 출력 매체에서 발생하는 기화 및 액화 현상으로 인한 수증기 발생에 따른 카메라 렌즈 오염에 의해 이미지 획득의 어려움이 방지될 수 있도록 하고, 또한, LED 조명부를 통해 특정 조도로 조명이 가능하도록 구성함으로써, 어두운 프린터 하우징에서의 이미지 획득에 발생하는 조명 문제가 최소화됨은 물론, 카메라 센서 및 제어부에서 출력 매체의 다양한 색상 및 투명도에 대응한 이미지 획득 및 영상처리의 보정이 더욱 향상될 수 있도록 할 수 있다.In addition, since the arrangement position of the camera sensor is provided on the side surface rather than the top-view, it is difficult to acquire images due to contamination of the camera lens due to vapor generation due to evaporation and liquefaction phenomena occurring in the output medium In addition, by configuring the LED illumination unit to be able to illuminate with a specific illumination, it is possible to minimize illumination problems that occur in image acquisition in a dark printer housing, It is possible to further improve the correction of image acquisition and image processing corresponding to transparency.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 개략적인 사시도 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 개략적인 트레이 구동부의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 카메라 센서와 LED 조명부가 배치되는 프린터 하우징의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 제어부의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 원본 이미지와 변환된 탑-뷰 이미지를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 출력 매체의 좌표 변환을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 임계값 변화에 따른 에지 변화를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 최종적인 검출 및 측위 결과 이미지를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 실험 평가에 사용되는 다양한 컵 샘플의 구성을 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic perspective view of an inkjet food 3D printer apparatus capable of precise printing based on image sensor positioning according to an embodiment of the present invention; FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an inkjet type food 3D printer apparatus,
3 is a diagram showing a schematic configuration of a tray driving unit of an ink jet type food 3D printer apparatus capable of precision printing based on image sensor positioning according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of a printer housing in which a camera sensor and an LED illumination unit of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of precision printing based on image sensor positioning according to an embodiment of the present invention are disposed.
5 is a diagram showing a configuration of a control unit for explaining drive control of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing an image processing algorithm of an ink jet type food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing an original image and a converted top-view image according to an image processing algorithm of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention.
Fig. 8 is a diagram showing coordinate transformation of an output medium according to an image processing algorithm of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention; Fig.
9 is a diagram illustrating an edge change according to a threshold value change according to an image processing algorithm of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing a final detection and positioning result image according to an image processing algorithm of an ink jet type food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing the configuration of various cup samples used for experiment evaluation in an image processing algorithm of an ink jet type food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 개략적인 사시도 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 개략적인 트레이 구동부의 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 카메라 센서와 LED 조명부가 배치되는 프린터 하우징의 개략적인 구성을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 제어부의 구성을 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 5에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)는, 식품 3D 프린팅 본체(110), 카메라 센서(120), 제어부(130), 트레이 구동부(140), 및 잉크젯 헤드 구동부(150)를 포함하여 구성될 수 있으며, LED 조명부(160)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
FIG. 1 is a schematic perspective view of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of precise printing based on an image sensor positioning according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view of an image sensor positioning 3 is a schematic view of an ink jet type food 3D printer apparatus capable of precise printing based on an image sensor positioning according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic view illustrating a configuration of a printer housing in which a camera sensor and an LED illumination unit of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of precise printing based on an image sensor positioning according to an embodiment of the present invention are disposed. FIG. 5 is a view illustrating an image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention. Jet method shows the configuration of a control unit for explaining the drive control of food 3D printer apparatus. 1 to 5, an inkjet type food
식품 3D 프린팅 본체(110)는, 하부에 출력 매체(10)를 올려놓을 수 있는 트레이(111)를 구비하고, 상부에 프린팅을 수행할 피에조 노즐(112)을 구비하는 잉크젯 헤드(113)를 구비하는 본체 하우징의 구성이다. 이러한 식품 3D 프린팅 본체(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 트레이(111)가 하부에 배치되고, 트레이(111)에 대응하는 상부에 피에조 노즐(112)을 구비하는 잉크젯 헤드(113)가 배치되는 ‘ㄷ자 형태’의 외부 하우징으로 구성될 수 있다. 여기서, 식품 3D 프린팅 본체(110)의 상부 프린터 하우징은 도 4에 도시된 바와 같이, 후술하게 될 카메라 센서(120), 및 LED 조명부(160)가 배치되어 설치 구성될 수 있다.
The food
카메라 센서(120)는, 식품 3D 프린팅 본체(110)의 상단에 설치되어, 식품 3D 프린팅 본체(110)에 구비되는 트레이(111)에 위치하는 출력 매체(10)의 영상을 촬영하여 후술하게 될 제어부(130)로 제공하는 이미지 센서의 구성이다. 이러한 카메라 센서(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 식품 3D 프린팅 본체(110)에 구비되는 트레이(111)에 위치하는 출력 매체(10)의 영상을 촬영하여 제어부(130)로 제공하되, 출력 매체(10)에서 발생하는 기화 및 액화 현상으로 인한 수증기 발생 시에 카메라 렌즈 오염에 의해 이미지 획득이 어려워지는 것이 방지될 수 있도록 식품 3D 프린팅 본체(110)의 탑-뷰가 아닌 측면에 위치되도록 설치할 수 있다. 여기서, 카메라 센서(120)는 트레이(111)의 탑-뷰가 아닌 측면에 배치되어 출력 매체(10)의 이미지를 촬영하는 것으로 이해될 수 있다.
The
제어부(130)는, 카메라 센서(120)를 통해 촬영되는 출력 매체(10)의 이미지에 대해 영상처리를 수행하여 식품 잉크가 사출될 출력 매체(10)의 표면(X/Y축 좌표)을 검출하고, 그에 따른 잉크젯 헤드(113)의 구동제어와 트레이(111)의 구동제어를 수행하는 제어 모듈의 구성이다. 이러한 제어부(130)는 카메라 센서(120)로부터 제공받은 출력 매체(10)의 이미지를 투영변환을 통해 탑-뷰(Top-View) 이미지로 변환하고, 이미지의 에지를 검출한 후 원형 호프(circular hough) 변환을 통하여 출력 매체(10)의 중심점 및 반지름을 검출할 수 있다. 여기서, 제어부(130)는 출력 매체(10)의 중심점 및 반지름의 검출을 통해 출력 매체(10)의 중심 좌표와 반지름을 픽셀 단위로 정밀하게 측정할 수 있게 된다. 이하 제어부(130)의 이미지 처리 프로세싱의 과정에 대해서는 첨부된 도 6 내지 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.
The
트레이 구동부(140)는, 제어부(130)의 제어 하에, 식품 3D 프린팅 본체(110)의 트레이(111)에 올려진 출력 매체(10)의 인쇄대상표면(Printing target surface)이 잉크젯 헤드(113)에 근접하여 위치될 수 있도록 트레이(111)를 상승시키는 트레이 구동장치의 구성이다. 이러한 트레이 구동부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 식품 3D 프린팅 본체(110)의 내부에 구비되는 Z축 모터(141)와 롤러(142)를 구비하고, Z축 모터(141)와 롤러(142)에 감긴 구동 벨트(143)에 트레이(111)가 연결되어, Z축 모터(141)의 회전 구동에 대응하여 구동 벨트(143)가 회전되고, 이에 연동하여 트레이(111)가 상승 또는 하강될 수 있도록 한다.
The
잉크젯 헤드 구동부(150)는, 제어부(130)의 제어 하에, 식품 3D 프린팅 본체(110)의 상부에 구비되는 잉크젯 헤드(113)의 X, Y축 이동과, 잉크젯 헤드(113)의 피에조 노즐(112)을 통해 출력 매체(10)에 미리 설정된 프린팅이 증착될 수 있도록 잉크젯 헤드(113)를 구동시키는 잉크젯 헤드 구동장치의 구성이다. 이러한 잉크젯 헤드 구동부(150)는 도 5에 도시된 바와 같이, 잉크젯 헤드(113)가 X축 방향으로 이동될 수 있도록 하는 X축 구동부(151)와, 잉크젯 헤드(113)를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 구동부(151)를 Y축 방향으로 이동될 수 있도록 하는 Y축 구동 모터(152)와, 잉크젯 헤드(113)의 피에조 노즐(112)의 분사를 구동시키기 위한 분사 구동부(153)를 포함하여 구성할 수 있다.
The inkjet
또한, 잉크젯 헤드 구동부(150)는 제어부(130)의 제어 하에, 출력 매체(10)에 프린팅을 수행하기 위해 X축 이동과 Y축 이동을 수행하고, 잉크젯 헤드(113)의 피에조 노즐(112)을 통해 식품 잉크가 분사될 수 있도록 한다. 이러한 잉크젯 헤드 구동부(150)는 기존의 식품 3D 프린터 장치의 통상의 구성과 동일 또는 유사한 구성에 해당하므로 불필요한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 즉, 잉크젯 헤드 구동부(150)는 종래의 식품 3D 프린터 장치의 다양한 잉크젯 헤드 구동장치가 적용되는 것으로 이해될 수 있다.
The inkjet
LED 조명부(160)는, 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)의 식품 3D 프린팅 본체(110)의 상단에 설치되어, 식품 3D 프린팅 본체(110)에 구비되는 트레이(111)에 위치하는 출력 매체(10)의 촬영 및 영상 처리 과정에서 출력 매체(10)의 투명도 및 색상에 대한 보정의 영상처리가 가능하도록 특정 조도(Lux)의 조명을 제공하는 조명장치의 구성이다. 이러한 LED 조명부(160)는 복수의 LED 램프 어레이로 구성되고, 제어부(130)의 제어 하에 출력 매체(10)의 투명도, 색상, 및 종류에 따라 미리 설정되는 특정 조도(Lux)로 조명을 제공할 수 있다.
The
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 원본 이미지와 변환된 탑-뷰 이미지를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 출력 매체의 좌표 변환을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 임계값 변화에 따른 에지 변화를 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 따른 최종적인 검출 및 측위 결과 이미지를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치의 이미지 처리 알고리즘에 실험 평가에 사용되는 다양한 컵 샘플의 구성을 도시한 도면이다. 도 6 내지 도 10에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)의 제어부(130)에서의 이미지 처리 알고리즘의 처리 과정은, 도 4에 도시된 바와 같이, 카메라 센서(120)의 배치되는 설치 위치가 탑-뷰가 아닌 측면에 설치됨에 따라 촬영된 이미지에 대한 투영변환 과정이 필요하게 된다. 즉, 제어부(130)에서는 카메라 센서(120)로부터 입력받은 이미지를 탑-뷰(Top-view) 이미지로 변환하기 위한 투영변환을 통해 탑-뷰 이미지를 획득할 수 있다. 여기서, 투영변환은 변환된 대응점들과의 관계를 나타내는 호모그래피(homography)로 수행할 수 있으며, 그 관계식은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating an image processing algorithm of an ink jet type food 3D printer apparatus capable of precisely performing image sensor positioning according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. FIG. 8 is a view showing an original image and a converted top-view image according to an image processing algorithm of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of inkjet type food printer FIG. 9 is a diagram illustrating coordinate conversion of an output medium according to an image processing algorithm of a 3D printer apparatus, and FIG. 9 is a diagram illustrating coordinate conversion of an output medium according to an image processing algorithm of an inkjet food 3D printer apparatus capable of image sensor positioning precision printing according to an embodiment of the present invention FIG. 10 is a diagram illustrating an edge change according to a threshold value change. FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a final detection and positioning result image according to an image processing algorithm of an inkjet type food 3D printer apparatus capable of performing an unrecognized sensor positioning precision printing. FIG. 11 is a view showing an image sensor positioning accuracy fine printable image sensor according to an embodiment of the present invention Fig. 3 is a diagram showing the configuration of various cup samples used in the experiment evaluation in the image processing algorithm of the ink jet type food 3D printer apparatus. Fig. As shown in FIGS. 6 to 10, the process of the image processing algorithm in the
여기서, 호모그래피는 한 평면을 다른 평면에 투영(Projection)시켰을 때 투영된 대응점들 사이에 성립하는 일정한 변환관계를 의미한다. 제어부(130)에서는 측면에 설치되는 카메라 센서(120)로부터 촬영된 이미지를 상공에서 수직으로 촬영한 것처럼 보이는 Top-view image로 변환하기 위해 호모그래피 변환을 수행하게 된다. 즉, 호모그래피는 자유도가 3이므로 최소 4개의 매칭 쌍, 즉 좌표 쌍들을 필요로 하며, 4개의 좌표로부터 얻어진 호모그래피 계수는 이미지상의 모든 점들에 대해 동일하게 적용 가능하다. 본 발명에서는 카메라 센서(120)의 틸트(tilt) 및 팬(pan)이 고정되어 있어 사전에 정의된 호모그래피를 사용하여 출력 매체의 Top-view image를 쉽게 얻을 수 있게 된다. 도 7의 (a)는 카메라 센서(120)의 촬영된 원본 이미지를 나타내고, 도 7의 (b)는 변환된 탑-뷰 이미지를 나타내고 있다.
Here, homography refers to a constant transformation relation established between projected corresponding points when one plane is projected onto another plane. The
다음, 제어부(130)에서는 출력 매체의 객체를 검출하기 위한 알고리즘으로 Hough Circle Transform을 사용한다. 여기서, 제어부(130)의 원형 호프 변환은 x-y 좌표상의 값들을 새로운 파라미터 좌표 상으로 변환하게 된다. 즉, x-y 좌표상의 중심이 (a,b)이고, 반지름이 r인 원의 방정식은 아래의 수학식 2 및 수학식 3과 같다.Next, the
이러한 x-y 좌표상의 임의의 값들에 대해 새로운 변수 a-b 좌표 체계로 전환하면 수학식 3에서와 같이 (x,y)를 중심으로 반지름이 r인 원을 이루게 된다. 따라서 수학식 2를 만족하는 (xi,yi), (xj,yj), (xk,yk)와 같은 임의의 3개의 점을 상수로 하여 새로운 좌표 체계 위에 그래프를 그리면 도 8과 같이 3개의 원을 그리게 된다. 이때, 파라미터 좌표상에 생성되는 원들의 반지름 r값을 조절하면서 각 원들(점선으로 그려진 원들)이 가장 많이 중첩되는 점의 (a,b) 좌표와 r값을 찾으면 3개의 좌표 (xi,yi), (xj,yj), (xk,yk)를 포함하는 최적의 원을 찾을 수 있게 된다. 이때, 제어부(130)에서는 최종적인 측위를 위한 Hough Circle Transform을 수행하기에 앞서 에지 정보를 필요로 하게 되고, 본 발명의 제어부(130)에서는 Canny edge detection 알고리즘을 사용하였으며, 최종 에지 검출 과정에서 Double thresholding의 임계값들을 조절하여 다양한 강도의 에지 이미지를 얻고 그 중 강한 에지 이미지를 선택하여 활용하게 된다. 도 9는 임계값 변화에 따른 에지 변화를 나타내고 있다. 도 10은 본 발명에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)의 제어부(130)에서 영상처리를 통해 출력 매체(10)로부터 획득한 최종적인 검출 및 측위 결과 이미지를 나타내고 있다. 도 11은 본 발명의 이미지 센서 측위 기반 정밀 인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)의 평가에 사용된 다양한 출력 매체(10), 즉 컵들의 샘플 구성을 나타내고 있다.
Converting to a new variable ab coordinate system for arbitrary values on the xy coordinate results in a circle having a radius r around (x, y) as shown in Equation (3). Therefore, when a graph is drawn on a new coordinate system with arbitrary three points as constants (x i , y i ), (x j , y j ), (x k , y k ) As shown in Fig. (A, b) and r values of the points where the circles (circles drawn with dotted lines) are overlapped the most are adjusted by adjusting the radius r value of the circles generated on the parameter coordinates, three coordinates (x i , y i ), (x j , y j ), and (x k , y k ). In this case, the
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 다양한 종류의 컵 샘플들을 가지고 다양한 조명(Lux) 변화 환경에서 진행되었으며, 처리속도, 컵 검출률 및 측위 정확도를 분석하였다.
In other words, as shown in FIG. 11, in an inkjet type food
샘플에 사용된 컵 검출률(Hit Rate)은 프린터 하우징 내의 공간이 조명이 거의 없는 닫힌 환경이기 때문에 인위적으로 LED 조명부(160)의 조명을 통해 휘도(lux)에 변화를 주면서 실험을 진행하였고, 그 결과는 아래의 표 1과 같다. 검출률은 총 영상 프레임(500 frames) 중 컵을 검지하는데 성공한 프레임의 비율을 의미하고, 4가지 종류의 컵 당 125frames 씩 촬영을 하였으며, 각 frame 마다 컵을 놓는 위치를 조금씩 달리하였다. 이러한 검출률은 컵의 색깔 및 종류에 따라 검출 가능 정도가 약간씩 차이를 보였다. 즉, 컬러 색상이 짙거나 반사도가 높을수록 특정 lux에서만 잘 검출되는 특징이 있으며, 흰색 계열의 컵들은 lux에 상관없이 검출이 잘 되었다. 또한, 컬러 색상이 짙거나 반사도가 높은 컵 즉, 검출률(hit rate)이 낮은 잔의 경우도 초기 프린터 설정시 자동으로 lux를 조절해가면서 검출률(hit rate)이 높게 나오는 lux를 찾도록 한바, 모두 90% 이상의 검출률을 얻을 수 있었다.The cup detection rate (Hit Rate) used in the sample was experimented by artificially changing the luminance (lux) through the illumination of the
또한, 측위 정확도 분석은 실제 컵 윗면의 원의 중점과 원주 곡선이 표시된 종이 뚜껑을 장착한 후에 촬영해 얻은 실제 중심점 좌표 및 반지름 길이와, 본 발명에 의해 검지된 중심점 좌표 및 반지름 길이간의 오차를 픽셀 거리(pixel to pixel distance)로 계산하여 아래의 표 2 및 표 3으로 나타내었다.In the positioning accuracy analysis, an error between the actual center point coordinates and the radius length obtained by photographing the center of the circle on the upper surface of the cup and the circumferential curve after mounting the paper cover, and the center point coordinates and the radius length detected by the present invention, (Pixel to pixel distance) are shown in Tables 2 and 3 below.
위의 표 2 및 표 3에서 오차값은 최대치(max)와 평균치(avr)로 나타내었으며, 오차비율(error rate)은 아래의 수학식 4로 나타낼 수 있다.In Table 2 and Table 3, the error value is expressed by a maximum value (max) and an average value (avr), and an error rate can be expressed by Equation (4) below.
상기와 같은 본 발명의 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)에서는 위의 결과에서 보이는 바와 같이, 일단 컵 모양이 검출이 되면 검출된 중심점의 최대 오차는 7 픽셀 미만, 검출된 반지름의 최대 오차는 4 픽셀 미만으로 매우 정밀하게 측위가 됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)의 성능 분석결과, 0.1~0.125초의 영상 처리 속도, 컵 검출률 92.26%로 매장에서 사용하기에 충분한 성능을 갖춘 것으로 평가되며, 특히, 검출된 중심점 좌표 및 반지름 값(촬영된 이미지의 가로 전체 길이가 실제 길이 22㎝에 해당하는 기준으로 환산해 보면)들이 평균 1.5㎜의 매우 적은 오차를 보여주는 것에서 오정렬(misalignment) 문제를 충분히 해결함을 잘 보여주고 있다.
In the inkjet food
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치는, 식품 3D 프린팅 본체와 카메라 센서와 제어부와 트레이 구동부와 잉크젯 헤드 구동부 및 LED 조명부를 구비하는 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치를 구성하되, 식품 3D 프린팅 본체의 트레이에 위치하는 출력 매체를 카메라 센서로 촬영하여 이미지를 획득하고, 제어부에서 획득된 이미지의 영상처리를 수행하여 식품 잉크가 사출될 출력 매체의 표면(X/Y축 좌표)을 정확하게 자동으로 검출하도록 구성함으로써, 검출되는 출력 매체 표면의 좌표 측위 정보를 기반으로 잉크젯 헤드의 정밀고속 제어가 가능하고, 그에 따른 출력 매체의 정확한 사출 위치에서 잉크젯 방식으로 식품 잉크가 출력 매체의 표면에 정교하게 증착될 수 있도록 할 수 있다. 특히, 카메라 센서로부터 받은 출력 매체의 이미지를 제어부의 영상처리 알고리즘을 통해 탑-뷰 이미지 변환과, 이미지의 에지 검출과, 원형 호프 변환의 영상처리를 순차로 수행하도록 구성함으로써, 검출되는 출력 매체의 중심점 및 반지름의 검출 정보가 픽셀 단위로 정밀하게 측정되고, 그에 따른 출력 매체의 측정되는 X, Y축의 인쇄 기준 위치와 면적의 정확도가 더욱 향상될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 카메라 센서의 배치 위치를 탑-뷰가 아닌 측면에 설치되도록 구성함으로써, 출력 매체에서 발생하는 기화 및 액화 현상으로 인한 수증기 발생에 따른 카메라 렌즈 오염에 의해 이미지 획득의 어려움이 방지될 수 있도록 하고, 또한, LED 조명부를 통해 특정 조도로 조명이 가능하도록 구성함으로써, 어두운 프린터 하우징에서의 이미지 획득에 발생하는 조명 문제가 최소화됨은 물론, 카메라 센서 및 제어부에서 출력 매체의 다양한 색상 및 투명도에 대응한 이미지 획득 및 영상처리의 보정이 더욱 향상될 수 있도록 할 수 있게 된다.
As described above, the inkjet type food 3D printer apparatus capable of precise printing based on image sensor positioning according to an embodiment of the present invention includes a food 3D printing body, a camera sensor, a control unit, a tray driving unit, an inkjet head driving unit, and an LED lighting unit The 3D image printing apparatus comprises an image outputting unit for outputting image data of the output medium to be ejected from the food 3D printing body, It is possible to accurately and precisely control the ink jet head accurately based on the coordinate positioning information of the surface of the output medium to be detected by accurately detecting the surface (X / Y axis coordinate) of the medium accurately, The food ink can be finely deposited on the surface of the output medium by an inkjet method Can. In particular, by configuring the image of the output medium received from the camera sensor to sequentially perform the top-view image conversion, the edge detection of the image, and the image processing of the circular hop transformation through the image processing algorithm of the control unit, The detection information of the center point and the radius can be precisely measured in units of pixels and the accuracy of the printed reference position and area of the X and Y axes of the output medium can be further improved. In addition, since the arrangement position of the camera sensor is provided on the side surface rather than the top-view, difficulty of image acquisition due to contamination of the camera lens due to vapor generation due to vaporization and liquefaction phenomenon occurring in the output medium can be prevented , And the LED illumination unit can be configured to be illuminated at a specific illumination level, thereby minimizing the illumination problem that occurs in image acquisition in the dark printer housing and, at the same time, providing an image corresponding to various colors and transparency of the output medium in the camera sensor and control unit So that the correction of acquisition and image processing can be further improved.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics and scope of the invention.
100: 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치
110: 식품 3D 프린팅 본체
111: 트레이
112: 피에조 노즐
113: 잉크젯 헤드
120: 카메라 센서
130: 제어부
140: 트레이 구동부
141: Z축 모터
142: 롤러
143: 구동 벨트
150: 잉크젯 헤드 구동부
151: X축 구동부
152: Y축 구동 모터
153: 분사 구동부
160: LED 조명부100: an inkjet type food 3D printer apparatus according to an embodiment of the present invention
110: food 3D printing body
111: Tray
112: Piezo nozzle
113: inkjet head
120: Camera sensor
130:
140:
141: Z-axis motor
142: roller
143: drive belt
150: inkjet head driving part
151: X-axis driving part
152: Y-axis drive motor
153:
160: LED lighting part
Claims (8)
하부에 출력 매체(10)를 올려놓을 수 있는 트레이(111)를 구비하고, 상부에 프린팅을 수행할 피에조 노즐(112)을 구비하는 잉크젯 헤드(113)를 구비하는 식품 3D 프린팅 본체(110);
상기 식품 3D 프린팅 본체(110)의 상단에 설치되어, 상기 식품 3D 프린팅 본체(110)에 구비되는 트레이(111)에 위치하는 출력 매체(10)의 영상을 촬영하여 제공하는 카메라 센서(120);
상기 카메라 센서(120)를 통해 촬영되는 출력 매체(10)의 이미지에 대해 영상처리를 수행하여 식품 잉크가 사출될 출력 매체(10)의 표면(X/Y축 좌표)을 검출하고, 그에 따른 상기 잉크젯 헤드(113)의 구동제어와 상기 트레이(111)의 구동제어를 수행하는 제어부(130);
상기 제어부(130)의 제어 하에, 상기 식품 3D 프린팅 본체(110)의 트레이(111)에 올려진 출력 매체(10)의 인쇄대상표면(Printing target surface)이 잉크젯 헤드(113)에 근접하여 위치될 수 있도록 상기 트레이(111)를 상승시키는 트레이 구동부(140); 및
상기 제어부(130)의 제어 하에, 상기 식품 3D 프린팅 본체(110)의 상부에 구비되는 상기 잉크젯 헤드(113)의 X, Y축 이동과, 상기 잉크젯 헤드(113)의 피에조 노즐(112)을 통해 출력 매체(10)에 미리 설정된 프린팅이 증착될 수 있도록 상기 잉크젯 헤드(113)를 구동시키는 잉크젯 헤드 구동부(150)를 포함하되,
상기 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치(100)는,
상기 식품 3D 프린팅 본체(110)의 상단에 설치되어, 상기 식품 3D 프린팅 본체(110)에 구비되는 트레이(111)에 위치하는 출력 매체(10)의 촬영 및 영상 처리 과정에서 상기 출력 매체(10)의 투명도 및 색상에 대한 보정의 영상처리가 가능하도록 특정 조도(Lux)의 조명을 제공하는 LED 조명부(160)를 더 포함하여 구성하고,
상기 LED 조명부(160)는,
복수의 LED 램프 어레이로 구성되고, 상기 제어부(130)의 제어 하에 상기 출력 매체(10)의 투명도, 색상, 및 종류에 따라 미리 설정되는 특정 조도(Lux)로 조명을 제공하며,
상기 카메라 센서(120)는,
상기 식품 3D 프린팅 본체(110)에 구비되는 트레이(111)에 위치하는 출력 매체(10)의 영상을 촬영하여 제어부(130)로 제공하되, 상기 출력 매체(10)에서 발생하는 기화 및 액화 현상으로 인한 수증기 발생 시에 카메라 렌즈 오염에 의해 이미지 획득이 어려워지는 것이 방지될 수 있도록 상기 식품 3D 프린팅 본체(110)의 탑-뷰가 아닌 측면에 위치되도록 설치하는 것을 특징으로 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치.
An inkjet food 3D printer device (100) capable of precision printing based on image sensor positioning,
A food 3D printing body 110 having an inkjet head 113 having a tray 111 on which an output medium 10 can be placed and having a piezo nozzle 112 to be printed thereon;
A camera sensor 120 provided at an upper end of the food 3D printing body 110 for photographing and providing an image of an output medium 10 positioned in a tray 111 provided in the food 3D printing body 110;
Image processing is performed on the image of the output medium 10 taken through the camera sensor 120 to detect the surface (X / Y axis coordinate) of the output medium 10 from which the food ink is to be ejected, A controller 130 for controlling the driving of the inkjet head 113 and the driving of the tray 111;
The printing target surface of the output medium 10 placed on the tray 111 of the food 3D printing body 110 is positioned close to the inkjet head 113 under the control of the controller 130 A tray driving unit 140 for raising the tray 111 so that the tray 111 can be rotated; And
Under the control of the control unit 130, the X and Y axis movements of the inkjet head 113 provided on the food 3D printing body 110 and the piezo nozzle 112 of the inkjet head 113 And an inkjet head driver (150) for driving the inkjet head (113) so that predetermined printing can be deposited on the output medium (10)
In the inkjet type food 3D printer apparatus 100,
The output medium 10 is mounted on an upper end of the food 3D printing body 110 and is used for photographing and image processing an output medium 10 positioned on a tray 111 provided in the food 3D printing body 110. [ And an LED illumination unit 160 for providing illumination of a specific illuminance Lux so as to enable image processing of correction of transparency and color of the illumination light,
The LED illumination unit 160,
A plurality of LED lamp arrays and provide illumination with a specific illuminance Lux that is preset according to the transparency, color, and type of the output medium 10 under the control of the controller 130,
The camera sensor (120)
The image of the output medium 10 positioned in the tray 111 provided in the food 3D printing body 110 is photographed and provided to the control unit 130. The vaporized and liquefied Is installed on a side surface of the food 3D printing body (110) other than the top view, so that image acquisition is prevented from being difficult due to contamination of the camera lens Printable inkjet food 3D printer device.
상기 카메라 센서(120)로부터 제공받은 출력 매체(10)의 이미지를 투영변환을 통해 탑-뷰(Top-View) 이미지로 변환하고, 이미지의 에지를 검출한 후 원형 호프(circular hough) 변환을 통하여 출력 매체(10)의 중심점 및 반지름을 검출하는 것을 특징으로 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the controller (130)
The image of the output medium 10 provided from the camera sensor 120 is transformed into a top-view image through projection transformation, and an edge of the image is detected and then subjected to a circular hough transformation Wherein the center point and the radius of the output medium (10) are detected.
상기 출력 매체(10)의 중심점 및 반지름의 검출을 통해 출력 매체(10)의 중심 좌표와 반지름을 픽셀 단위로 정밀하게 측정하는 것을 특징으로 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치.
6. The apparatus of claim 5, wherein the controller (130)
Wherein the center coordinates and the radius of the output medium (10) are precisely measured in units of pixels through detection of a center point and a radius of the output medium (10). Device.
상기 식품 3D 프린팅 본체(110)의 내부에 구비되는 Z축 모터(141)와 롤러(142)를 구비하고, 상기 Z축 모터(141)와 롤러(142)에 감긴 구동 벨트(143)에 상기 트레이(111)가 연결되어, 상기 Z축 모터(141)의 회전 구동에 대응하여 상기 구동 벨트(143)가 회전되고, 이에 연동하여 상기 트레이(111)가 상승 또는 하강될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치.
The apparatus as claimed in claim 5, wherein the tray driving unit (140)
A Z-axis motor 141 and a roller 142 provided in the food 3D printing body 110 and a drive belt 143 wound on the Z-axis motor 141 and the roller 142, The driving belt 143 is rotated in accordance with the rotation of the Z-axis motor 141 so that the tray 111 can be raised or lowered in conjunction therewith. , Ink jet food 3D printer device capable of precision printing based on image sensor positioning.
상기 잉크젯 헤드(113)가 X축 방향으로 이동될 수 있도록 하는 X축 구동부(151);
상기 잉크젯 헤드(113)를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 구동부(151)를 Y축 방향으로 이동될 수 있도록 하는 Y축 구동 모터(152); 및
상기 잉크젯 헤드(113)의 피에조 노즐(112)의 분사를 구동시키기 위한 분사 구동부(153)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 이미지 센서 측위 기반 정밀인쇄가 가능한 잉크젯 방식 식품 3D 프린터 장치.6. The inkjet head according to claim 5, wherein the inkjet head driver (150)
An X-axis driving unit 151 for moving the ink jet head 113 in the X-axis direction;
A Y-axis driving motor 152 for moving the X-axis driving unit 151 for moving the ink-jet head 113 in the X-axis direction; And
And an ejection driving unit (153) for driving ejection of the piezo nozzle (112) of the ink jet head (113).
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