크기 가변 작업대상물에 대한 자동 상표 부착 방법{Auto Brand Attachment Apparatus and Method for Magnitude Changing Objects}

본 발명은 크기 가변 작업대상물에 대한 자동 상표 부착 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 주변 휘도 변화에 충분히 대응할 수 있는 간접조명장치를 설치하고 작업대상물을 촬상카메라로 감지하여 인접하는 화소 사이의 명암도에 변화량이 크면 이치 경도량이 커지게 되고, 작으면 이치 경도량이 적게 되는 점을 이용하여 최대 명암도의 변화점을 찾고 이를 경계로 작업대상물에 대한 윤곽선을 검출하는 가변 작업대상물에 대한 자동 상표 부착 방법에 관한 것이다.

통상 국내 제철소의 냉 열간 코일과 제지공장의 대형 두루말이(이하 작업대상물) 생산라인은 대부분 자동화된 일관 공정으로 구성되어 있으나 마지막 부분인 상표 부착 공정은 기술적으로 자동화가 어려운 공정으로 남아 있다. 따라서 생산이 완성 된 작업대상물에는 국내외 주문자의 요구사양, 주문자 명, 행선지 등이 인쇄된 상표를 부착하기 위하여 주 야 교대로 작업자가 상주해야 하는 문제점이 있었다. 상표 부착에 따른 작업 규정을 보면, 각 공장마다 작업대상물의 감기는 시작 면과 끝단 면에 각각 몇 mm 뒤에 부착해야 한다는 작업 방법이 명시되어 있다. 그러나 실제 작업하는 과정을 보면 프린터에서 인쇄한 상표가 밀려나오면, 손으로 상표와 후지를 분리한 다음 상표가 말리지 않게 두 손으로 쥐고 있다 컨베이어가 도착하면 편한 자세로 서서 적당히 부착하므로 상표 부착 위치가 부정확한 문제점이 있고, 이러한 상표 부착 위치가 부정확하므로 인하여 야기되는 문제를 보면, 주문자에게 배달된 작업대상물에서 감기는 시작 면과 끝단 면부터 상표가 부착된 부분까지 절단하고 사용해야 하는데 부착 위치에 따라서는 상당한 양이 낭비되는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 생산라인이 수동 상표 부착 방식으로 건설되었으므로 작업대상물에 대한 정량적 데이터를 앞 공정에서 받을 수 없을 뿐만 아니라 크기와 중량 등이 매번 다르므로 학습된 위치로만 반복 작업하는 범용이나 간이 로봇을 적용하는 것은 어렵다.

본 발명에서는 이처럼 작업대상물의 가변적 상황을 수용하고 공정의 안정성과 유연성을 확보하기 위하여 수직 다관절 로봇과 시각 장치를 접속(이하 로봇 시각 장치 시스템)한 자동 상표 부착 장치를 적용하는데, 이런 종류의 자동 상표 부착시스템의 유사한 사례는 국내에는 전무한 상태이다. 국외에서는 일본 新日本製鐵(株)의 大分 製鐵所에서 로봇과 레이져 센서 및 자동 상표 분리형 프린터 등으로 구성된 자동 상표 부착 시스템이 있다(이하 Daihen시스템). 이미 세계적인 기술 특허를 출원한 Daihen시스템과 본 시스템과 비교한 결과 Daihen시스템이 훨씬 단순하게 구성되어 있었다. 단순하게 구성되어 있어도 시스템 운영에 전혀 문제가 없는 이유는, 다음 표 1 과 같이 기존의 수동 상표 부착 생산 공정을 자동화 시스템으로 전환할 때 큰 부담이 될 수 있는 컨베이어의 반복 위치 정밀도와 작업대상물의 감기는 시작 면과 끝단 면 벌어짐, 생산 공정의 표준화 등이 본 발명에서 적용하는 제철소에 비하여 월등히 좋은 조건이기 때문이다.

<표 1> 자동화 선결 조건 비교.

따라서 이와 같은 기술상의 어려운 점을 수용하기 위하여 본 발명의 구성이 더욱 지능화 되었고 실제 생산 현장에 설치 운영한 결과 Daihen시스템에 비하여 시스템이 독립적이며 간단히 운용될 수 있는 등의 장점을 보여 주었다. 작업대상물은 주문 생산품이므로 종류가 다양하고, 재질에 따라 작업대상물을 감는 시작 면과 끝단 면의 위치와 벌어지는 정도가 불규칙하다. 과거의 수동 상표 부착 작업을 자동화 시스템으로 전환시키는 과정에서 도출된 주요 문제점들은 다음과 같다.

첫째로 주문 사양에 따라 크기, 중량 두께가 전부 다르기 때문에 기존의 대량 생산에 적용하는 자동화 개념으로는 접근이 어렵고, 둘째로 수동 상표 부착 작업을 전제로 공장이 건설되었으므로 작업대상물에 대한 크기, 중량, 두께 등에 대한 정량적인 데이터가 없으며, 셋째로 작업대상물을 운반하는 컨베이어의 반복 위치 오차가 크고, 감기는 시작 면과 끝단 면의 위치와 벌어짐이 불규칙하므로 일정 위치로만 반복 작업이 가능한 범용이나 간이 로봇을 적용하면 작업대상물과 충돌할 수 있고, 넷째로 인쇄된 상표의 뒷면은 강력한 접착 물질이 도포되어 있으므로 후지와 분리하면 취급하기 곤란하고, 그대로 두면 자체의 접착력으로 인하여 찌그러지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 결점을 해결하기 위해 안출된 것으로 공장의 생산라인 공정의 마지막 단계인 상표 부착 공정에 있어서 크기가 가변하는 작업대상물에 대한 자동 상표 부착 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 주변 휘도 변화에 충분히 대응할 수 있는 간접조명장치를 설치하고 작업대상물을 촬상카메라로 감지하여 인접하는 화소 사이의 명암도에 변화량이 크면 이치 경도량이 커지게 되고, 작으면 이치 경도량이 적게 되는 점을 이용하여 최대 명암도의 변화점을 찾고 이를 경계로 작업대상물에 대한 윤곽선을 검출하므로써 달성된다.

도 1 은 본 발명의 사시도이고,

도 2 는 작업대상물의 외형도이며,

도 3 는 본 발명의 전체시스템 구성도이고,

도 4 는 수직 다관절 로봇의 사진이며,

도 5 는 상표디바이스와 프린터를 결합한 사진이고,

도 6a 는 작업대상물의 외형 입력 화상도이며,

도 6b 는 도 6a에 대한 윤곽선 검출 결과도이고,

도 7a 는 작업대상물의 시작 면과 끝단 면에 대한 입력 화상도이며,

도 7b 는 도 7a에 대한 윤곽선 검출 결과도를 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 시스템 제어 패널 20 : 로봇 제어 패널

30 : 로봇 시각 장치 31 : 이동형 카메라

32 : 고정형 카메라 40 : 수직다관절 로봇

41 : 엔드이펙터 42 : 근접센서

50 : 상위 컴퓨터 60 : 프린터

61 : 상표 62 : 후지

70 : 상표 디바이스 80 : 리모트 제어 패널

90 : 컨베이어

100 : 고정형 카메라용 간접조명장치 110 : 이동형 카메라용 간접조명장치

120 : 시작 면 130 : 끝단 면

140 : 수직다관절 로봇의 이동 제한센서

150 : 그립퍼 160 : 롤러

170 : 칼날 180 : 윤곽선

190 : 작업대상물

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 이동형 카메라용 간접조명장치 및 고정형 카메라용 간접조명장치를 각각의 휘도 변화에 충분히 대응할 수 있는 고정형카메라와 이동형 카메라에 설치하여 작업대상물의 중심 위치와 시작면 및 끝단면을 검출하여 작업대상물의 인접화소에 대한 이치 경도량을 구하는 단계와, 상기의 이치 경도량이 인접 화소 사이의 명암도의 변화량에 따라 가변하는 원리를 이용하여 최대 명암도의 변화 점을 찾는 단계와, 최대 명암도의 변화점을 경계로 작업대상물에 대한 윤곽선을 검출하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 사시도이고, 도 2 는 작업대상물의 외형도로서, 로봇이 작업대상물에 접근하는 자세를 유도하는 로봇시각장치(30)와, 상기의 로봇시각장치에서 유도된 결과로 상표를 부착하는 수직다관절 로봇(40)과, 상기의 수직다관절 로봇의 엔드이펙터(41)에 근접 센서(42)를 설치하여 로봇의 동작을 제어하는 로봇제어패널(20)과, 상표(61)와 상표뒤의 후지(62) 분리와 더불어 상표정보를 인쇄하는 프린터(60)와, 프린터에서 인쇄된 상표를 적당한 위치로 이송하는 상표디바이스(70)와, 전체시스템에 대한 통신,제어,모니터링을 수행하는 상위컴퓨터(50)와, 이런 일련의 동작을 인터록하는 시스템 제어패널(10) 및 리모트 제어패널(80)로 구성되고,

상기의 로봇 시각장치(30)는 작업대상물의 중심 위치를 검출하는 고정형 카메라(32)와 시작면 및 끝단면을 검출하는 이동형 카메라(31)로 구성되고 각각의 카메라에 휘도 변화에 충분히 대응할 수 있는 이동형 카메라용 간접조명장치 및 고정형 카메라용 간접조명장치를 설치하는 것을 특징으로 한다.도 3 은 본 발명의 전체시스템 구성도로서, 본 발명은 작업대상물의 중심 위치와 시작면 및 끝단면을 검출하는 고정형 카메라(32)와 이동형 카메라(31)로 작업대상물의 인접화소에 대한 이치 경도량을 구하는 단계와, 상기의 이치 경도량이 인접 화소 사이의 명암도의 변화량에 따라 가변하는 원리를 이용하여 최대 명암도의 변화 점을 찾는 단계와, 상기 최대 명암도의 변화점을 경계로 작업대상물에 대한 윤곽선을 검출하여 로봇이 작업대상물에 접근하는 � �세를 유도하는 단계와, 상기 작업대상물에 유도된 로봇에 의해 크기 가변하는 작업대상물에 대해 자동으로 상표를 부착하는 것이다.

도 4 는 수직 다관절 로봇의 사진이고, 도 5 는 상표 디바이스와 프린터를 결합한 사진으로서, 인쇄된 상표의 뒷면은 강력한 접착 물질이 도포되어 있어 상표와 후지를 분리하는데 많은 어려움이 있는데 그것을 극복하기 위해서 프린터에서 인쇄되어 밀려나오는 힘을 이용하여 상표와 후지를 자동으로 분리하는 칼날형 장치와 , 상표 뒷면의 접착물질이 상표 디바이스에 부착되지 않으면서 정확한 위치로 안착되게 유도하는 공압 장치와, 상표 뒷면의 접착 물질과 붙지 않도록 선택한 소재와 접촉면을 최소화시킨 상표디바이스의 가공 기법으로 해결한다.

도 6a 는 작업대상물의 외형 입력 화상도이고, 도 6b 는 도 6a 에 대한 윤곽선 검출 결과도이며, 도 7a 는 작업대상물의 시작 면과 끝단 면에 대한 입력 화상도이고, 도 7b 는 도 7a 에 대한 윤곽선 검출 결과도로서, 입력 화상에 대한 한 개의 화소(x, y)에 대한 명암도 함수를 f(x, y), 이치 경도 연산자를

또한 8개의 인접 화소에 대한 x방향의 이치 경도 G _x 와 y방향의 이치 경도 G _y 는 식 (2) 같고,

방향

_c 는 식 (4)과 같이 명암도 함수 f(x, y)가 최대로 증가하는 방향과 같다.

따라서 인접하는 화소 사이의 명암도에 변화량이 크면 이치 경도량이 커지게 되고, 작으면 이치 경도량이 적게 되는 점을 이용하여 최대 명암도의 변화점을 찾고 이를 경계로 작업대상물에 대한 윤곽선을 검출한다. 작업대상물의 감기는 시작 면과 끝단 면을 검출하기 위하여 엔드이펙터에 할로겐 램프를 이동형 카메라와 동일한 방향으로 부착한 국부 조명(이하 이동형 카메라용 간접조명장치)을 만들어 급격하게 변하는 것을 최소화시켰다. 또한 작업대상물의 바깥 원 부분과 중앙 홀을 검출하기 위하여 고정형 카메라가 주시하는 작업대상물 배면에 주변 휘도 변화에 충분히 대응할 수 있는 간접 조명장치(이하 고정형 카메라용 간접조명장치)를 설치하였다. 이 간접 조명장치는 내부에 형광등이 내장되어 있고 표면은 연백색 아크릴 판으로 제작되어 있으므로 주변의 조도가 변화하더라도 완전하게 윤곽선을 검출할 수 있다. 이러한 방법으로 고정형 카메라가 작업대상물의 바깥 원 부분과 중앙 홀을 검출한 결과는 도 6b 와 같고, 이동형 카메라로 작업대상물의 감기는 시작면과 끝단 면을 검출한 결과는 도 7b 와 같다.

상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명은 주변 휘도 변화에 충분히 대응할 수 있고 작업대상물에 상표를 부착하는 작업을 완전히 자동화하여 크기가 가변하는 작업대상물에 대한 자동 상표 부착을 가능하게 한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 제철소와 제지공장에서 주문품으로 생산되는 작업대상물에 상표를 부착하는 작업을 완전한 자동화 시스템으로 구현할 수 있고, 기존의 상표 부착 작업을 전담하던 작업자를 효용성이 높은 다른 작업장으로 배치할 수 있으므로 생산성 향상과 성능향상을 기대할 수 있으며 산업발전에 이바지 할 수 있는 유용한 발명이다.