[논문]프레스 자동화 공정을 위한 비전 기반 블랭크 정렬 장치 개발

오종규; 김대식; 김수종

doi:10.5302/j.icros.2015.14.8025

[국내논문] 프레스 자동화 공정을 위한 비전 기반 블랭크 정렬 장치 개발
Development of a Vision-based Blank Alignment Unit for Press Automation Process 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.21 no.1, 2015년, pp.65 - 69

오종규 (현대중공업 엔진기계연구소) , 김대식 (현대중공업 엔진기계연구소) , 김수종 (현대중공업 엔진기계연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

A vision-based blank alignment unit for a press automation line is introduced in this paper. A press is a machine tool that changes the shape of a blank by applying pressure and is widely used in industries requiring mass production. In traditional press automation lines, a mechanical centering unit, which consists of guides and ball bearings, is employed to align a blank before a robot inserts it into the press. However it can only align limited sized and shaped of blanks. Moreover it cannot be applied to a process where more than two blanks are simultaneously inserted. To overcome these problems, we developed a press centering unit by means of vision sensors for press automation lines. The specification of the vision system is determined by considering information of the blank and the required accuracy. A vision application S/W with pattern recognition, camera calibration and monitoring functions is designed to successfully detect multiple blanks. Through real experiments with an industrial robot, we validated that the proposed system was able to align various sizes and shapes of blanks, and successfully detect more than two blanks which were simultaneously inserted.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이러한 기존 기계적 정렬장치의 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 비전 시스템을 이용한 블랭크 위치 측정 장치를 제안한다[5]. 본 논문은 크게 세 부분으로 구성되어 있다.
본 논문에서는 자재 적재부에서 투입된 블랭크를 프레스 기기에 투입하기 위하여 블랭크의 위치를 비전 시스템으로 인식하여 로봇이 자동으로 블랭크의 위치를 인식, 파지할 수 있도록 정렬하는 프레스 센터링 장치에 관하여 제안한다.
본 논문에서는 블랭크를 정렬하는 방법으로 비전 시스템으로 로봇이 작업할 작업물의 위치를 검출하는 방법을 제안한다.
본 논문에서는 프레스 라인 자동화를 위한 시각 센서를 이용한 블랭크 정렬 장치에 대하여 소개 하였다.

제안 방법

본 논문에서는 영상의 밝기 정보 대신에 영상 경계선의 방향 정보를 이용하여 작업물 위치를 인식하는 기하학적 패턴 정합 방법을 사용하며, 이는 상용 라이브러리에서 제공한다[9-11].
이를 카메라 캘리브레이션이라고 하며, 본 논문에서는 그림 6과 같은 보정판을 이용하여 카메라 캘리브레이션을 수행한다. 카메라 캘리브레이션은 보정판에 존재하는 원의 위치와 그 원의 위치에 해당하는 로봇 좌표값을 입력하여 두좌표계간 좌표변환 관계를 획득함으로써 수행된다[14].
제안된 시스템의 성능 분석을 위하여 정성적, 정량적 시험을 수행하였다.
제안된 시스템의 정성적인 성능 테스트를 위하여 컨베이어 상단 위치에 SONY HR70 카메라 4대의 카메라를 장착 시킨 후, II 장에서 소개한 운용 절차에 따라 비전 시스템이 블랭크의 위치를 인식 한 후 현대 HH130L 로봇으로 파지, 이송하는 시험을 실시 하였다.
정량적 성능 평가를 위하여 시편에 의한 위치 측정 반복 정밀도를 측정하였다. 그림 10은 정량적 성능 평가를 위한 시험 환경을 보여주는 그림이다.
기계적 정렬장치의 문제점을 해결하기 위하여 시각 센서를 작업공간 상단부에 부착하는 구조로 설계하였으며, 기하학적 패턴 정합에 의한 블랭크 위치 측정 방법을 제안하였다. 또한 상부에 장착되어 있는 카메라를 독립적으로 동작 가능하게 통신 프로토콜을 설계하여 동시에 투입되는 블랭크에 대해서도 정렬 가능하게 하였다.

대상 데이터

그림 10은 정량적 성능 평가를 위한 시험 환경을 보여주는 그림이다. SONY HR70 카메라, 초점 거리 12mm 렌즈를 사용하였고, 카메라와 작업물간의 거리는 1400mm 정도이다.

데이터처리

그림 11은 개발된 비전 응용 소프트웨어에서 인식한 시편 인식 결과이다. 시편을 특정 네 지점에 배치 한 후, 각 10회위치 측정하여 오차평균, 표준편차, 오차 최대값 산출하였다.

성능/효과

실험결과 그림 8에서 보는 바와 같이 비전 시스템이 블랭크의 위치를 정확하게 인식하여 로봇이 지정된 위치에 정확하게 블랭크를 이송함을 확인할 수 있었다.
또한 그림 9와 같이 각 카메라가 독립적으로 동작 가능하게 하여, 최대 4개의 동시 투입되는 작업물에 대하여 정렬 가능함을 확인 할 수 있었다.
기계적 정렬장치의 문제점을 해결하기 위하여 시각 센서를 작업공간 상단부에 부착하는 구조로 설계하였으며, 기하학적 패턴 정합에 의한 블랭크 위치 측정 방법을 제안하였다. 또한 상부에 장착되어 있는 카메라를 독립적으로 동작 가능하게 통신 프로토콜을 설계하여 동시에 투입되는 블랭크에 대해서도 정렬 가능하게 하였다.
산업용 로봇과 실제 블랭크를 이용한 실험 결과, 제안된 시스템이 실제 프레스 자동화 라인에서 정확하게 작업물의 위치를 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 제안된 시스템은 현재 해외 프레스 자동화 라인에 적용되고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	프레스는 무엇인가?	프레스는 각종 금속 판재, 플라스틱, 섬유 등과 같은 소재 (이하 블랭크)를 사용자가 요구하는 형상으로 가공하는 기계 로서, 대량생산에 적합한 산업분야 전반에 광범위하게 사용 되고 있다. 한국공작기계공업협회가 조사한 ‘프레스 산업경 쟁력 조사’자료에 따르면, 프레스 산업은 세계공작기계 시장의 20% 내외를 차지하는 대표적인 제조업 기간 산업으로, 2008년 기준으로 약 220억불 규모로, 2002년 이후로 연평균 15% 이상 급성장 중인 자본집약적 장비 산업이다[1].
	로봇을 이용한 프레스 자동화 라인은 어떻게 구성되는가?	기존의 로봇을 이용한 프레스 자동화 라인은 그림 1과 같이 크게 디스태커 장치, 프레스 장치, 로봇으로 구성된다. 디스태커 장치는 블랭크를 적재 혹은 적재된 블랭크를 프레스 장치에 하나씩 투입하기 위한 장치로, 작업물의 이물질을 제거하기 위한 워싱 장치(washing unit)과 블랭크의 위치를 정렬 하기 위한 센터링 장치(centering unit)을 포함한다.
	로봇을 이용한 프레스 자동화 라인을 구성하는 디스태커 장치는 무엇인가?	기존의 로봇을 이용한 프레스 자동화 라인은 그림 1과 같이 크게 디스태커 장치, 프레스 장치, 로봇으로 구성된다. 디스태커 장치는 블랭크를 적재 혹은 적재된 블랭크를 프레스 장치에 하나씩 투입하기 위한 장치로, 작업물의 이물질을 제거하기 위한 워싱 장치(washing unit)과 블랭크의 위치를 정렬 하기 위한 센터링 장치(centering unit)을 포함한다. 프레스 장치는 금형을 이용하여 금속 판넬을 절단, 변형, 가공하는 기계이고 로봇은 각 기기간 블랭크의 이송 및 적재를 담당한다.

참고문헌 (14)

Korea Machine Tool Manufactures' Association, "Competitiveness analysis of press industry," Korea Trade Commission Report (in Korean), Oct. 2009.
A. Jokinen, "Automation, software improve productivity of press brakes," Welding Design and Fabrication, vol. 77, no. 4, Apr. 2004.

상세보기
Atlas Technologies, "Robotic & Conventional Destacking Systems," Atlas Technologies, 2013.
M. Gerber, A. Stauffer, and M. Muller, "Centering device for flat workpiece in a press and method for adjusting such a centering device," US Patent,US 2010/0225035 A1, Sep. 2010.
J.-K. Oh, D. Kim, and S.-J. Kim "Development of a visionbased press centering unit," Proc. of 2014 29th ICROS Annual Conference, pp. 380-380, May 2014.
R. Jain, R. Kasturi, and B. G. Schunck, Machine vision, McGRAW HILL, 1995.
M. Ulrich and C. Steger, "Performance comparison of 2D object recognition techniques," Photogrammetric Computer Vision and Image Analysis 2002, 2002.
Y.-B. Joo and K.-M. Huh, "Robust defect size measuring method for an automated vision inspection system," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 19, no. 11, pp. 974-978, Nov. 2013.

원문보기 상세보기
J.-K. Oh, C.-H. Lee, S.-H. Lee, J.-S. Hur, and S. Lee, "Development of a 3D vision guided robotic system using stereo vision," 39th International Symposium on Robotics, Oct. 2008.
W. M. Silver, E. J. McGarry, M. L. Hill, N. Foster, S. Nichani, W. P. Foster, and A. Wagman, "Method for fast, robust, multidimensional pattern recognition," United States Patent US 7016539 B1, Mar. 2006.
C.-S. Pyo and J. Lyou, "Automation of tire tread extruder line using camera," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 19, no. 3, pp. 262-267, Mar. 2013.

원문보기 상세보기
Cognex Corporation, "PatMax and PatQuick," Cognex, 2005.
C. Steger, "Similarity measures for occlusion, clutter, and illumination invariant object recognition," LNCS 2191, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, pp. 148-154, 2001.
Hyundai Heavy Industry Co., Ltd., "HRVision 2D-Press Manual," Hyundai Heavy Industry , 2013.

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