KR100292610B1 - The noncontact measuring system of curved shell plates in ship building using camera and laser displacement sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박의 전면과 후면을 이루고 있는 곡면의 형상을 단시간내에 측정하기 위한 카메라와 레이저 변위 센서를 혼합한 선박용 비접촉식 곡판 부재 계측 장치에 관한 것으로, 측정부는 카메라(1)와 이 카메라를 360 도 회전시키기 위한 모터(2), 레이저 변위 센서(3)로 구성되며, 이들 측정부를 높이 방향으로 이동시키기 위한 Z 축 이동장치(4), 좌우 방향으로 이동시키기 위한 Y 축 이동장치(5), 그리고 전후 방향으로 움직이기 위한 X 축 이동장치(6)와 측정부에서 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터(7)로 구성된다.The present invention relates to a non-contact curved sheet member measuring apparatus for a ship, which is a mixture of a camera and a laser displacement sensor for measuring the shape of the curved surface constituting the front and rear of the vessel in a short time, the measuring unit 360 degrees with the camera 1 It consists of a motor (2) for rotation, a laser displacement sensor (3), a Z-axis moving device (4) for moving these measuring units in the height direction, a Y-axis moving device (5) for moving in the left and right directions, and It consists of the X-axis moving apparatus 6 for moving in the front-back direction, and the computer 7 for processing the data acquired by the measuring part.
Description
본 발명은 선박의 전면과 후면을 이루고 있는 곡판 부재의 형상을 짧은 시간내에 정밀하게 자동으로 측정하기 위한 카메라와 레이저 변위 센서를 혼합한 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact marine curved sheet measuring apparatus which is a camera and a laser displacement sensor for measuring the shape of the curved sheet forming the front and rear of the vessel accurately and automatically within a short time.
선박의 곡면을 제작하기 위해서는 평판에 열을 가하여 원하는 곡면을 얻게된다. 이렇게 제작된 곡판 부재는 설계에서 의도한 곡면과 동일한 형상을 이루어야 하며, 이를 위해 제작시 계속적으로 곡면의 형상을 측정할 필요가 있다.In order to produce the surface of the ship, the plate is heated to obtain the desired surface. The curved member thus manufactured must have the same shape as the curved surface intended in the design, and for this purpose, it is necessary to continuously measure the shape of the curved surface.
종래의 곡면측정에서는 설계도면을 이용하여 가상의 곡판을 등간격으로 분리하고 각 등간격의 단면을 이루는 곡형상을 목재나 플라스틱을 이용하여 임시의 형틀(10)을 다수개 만든 다음, 곡판 제작시 그 형틀을 이용하여 도 1에 도시된 바와 같이 곡판 부재(8)의 형상을 측정하였다. 그러나 이 방법은 작업자가 수공작업에 의해 직접 눈으로 형상을 측정하기 때문에 측정 결과가 부정확하고, 또한 선박마다 많은 수의 임시 형틀을 만들어야 하는 문제점이 있었다.In the conventional curved measurement, a virtual curved plate is separated at equal intervals using a design drawing, and a plurality of temporary molds 10 are made using wood or plastic to form a cross section of each equal interval, and then a curved sheet is manufactured. The shape of the curved sheet member 8 was measured as shown in FIG. 1 using the template. However, this method has a problem that the measurement results are inaccurate because the operator directly measures the shape by hand, and a large number of temporary molds must be made for each ship.
본 발명은 종래의 수공작업에 따른 문제점을 해소하는 동시에, 장래 숙련된 곡판 제작자 없이도 곡판 가공이 가능하도록 곡판 가공 자동화에 활용하기 위한 곡판부재 계측장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems caused by the conventional manual work and at the same time provide a curved sheet member measuring apparatus for use in automated sheet processing so that the curved sheet processing can be performed without skilled sheet makers in the future.
본 발명의 곡판 부재 계측 장치는 선박 부재용 곡판을 짧은 시간내에 정밀하게 자동적으로 측정할 수 있다.The curved sheet member measuring apparatus of the present invention can accurately and automatically measure the curved sheet for ship members in a short time.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 판부재 계측장치는 카메라와 이 카메라를 360 도 회전시키기 위한 모터, 레이저 변위 센서로 구성되며, 이들 측정부를 높이 방향으로 이동시키기 위한 Z 축 이동장치, 좌우 방향으로 이동시키기 위한 Y 축 이동장치, 그리고 전후 방향으로 움직이기 위한 X 축 이동장치와 측정부에서 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터로 구성된다.In order to achieve the object of the present invention, the plate member measuring apparatus of the present invention comprises a camera, a motor for rotating the camera 360 degrees, a laser displacement sensor, a Z-axis moving apparatus for moving these measuring units in the height direction, left and right Y-axis moving device for moving in the direction, X-axis moving device for moving in the front and rear direction, and a computer for processing data obtained from the measuring unit.
따라서 본 발명은 선박의 곡면을 이루는 곡면 부재의 형상을 정밀하고, 자동적으로 측정할 수 있는 유용성이 있다.Therefore, this invention has the usefulness which can measure the shape of the curved member which comprises the curved surface of a ship accurately and automatically.
도 1은 종래의 곡판측정방법을 도시하는 도면.1 is a diagram showing a conventional curved sheet measuring method.
도 2는 본 발명에 따른 곡판 부재 계측장치의 구성을 도시하는 도면.2 is a diagram illustrating a configuration of a curved sheet member measuring apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명의 곡판 부재 계측 장치를 이용한 외곽 에지 검출 방법을 도시하는 도면.3 is a diagram illustrating a method of detecting an outer edge using the curved sheet member measuring device of the present invention.
도 4는 본 발명의 곡판 부재 계측 장치를 이용한 곡면 측정 방법을 도시하는 도면.4 is a view showing a curved surface measuring method using the curved sheet member measuring apparatus of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 ><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 카메라 2 : 모터1: camera 2: motor
3 : 레이저 변위 센서 4 : Z 축 이동장치3: laser displacement sensor 4: Z-axis shifter
5 : Y 축 이동장치 6 : X축 이동장치5: Y axis moving device 6: X axis moving device
7 : 컴퓨터 8 : 계측 대상 곡판 부재7 computer 8: measuring object member
도면을 참조하여 본 발명을 실시예를 상세히 설명한다.Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2에는 본 발명의 곡판 부재 계측 장치의 구성이 도시되는데, 곡판의 외곽선 추출 수단인 카메라(1)와 이 카메라를 360 도 회전시키기 위한 모터(2), 변위 측정 수단인 레이저 변위 센서(3)로 구성된 측정부가 있으며, 이 측정부를 이용하여 곡판 전체를 측정하기 위해 곡판의 폭방향 및 길이 방향으로 이동시키기 위한 높이 방향의 Z 축 이동장치(4), 좌우 방향의 Y 축 이동장치(5), 전후 방향의 X 축 이동장치(6), 그리고 측정부에서 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터(7)로 구성된다.Fig. 2 shows a configuration of the curved sheet member measuring apparatus of the present invention, wherein the camera 1, which is the contour extraction means of the curved plate, the motor 2 for rotating the camera 360 degrees, and the laser displacement sensor 3, which is a displacement measuring means, are shown. There is a measuring unit consisting of a Z-axis moving device (4) in the height direction for moving in the width direction and the longitudinal direction of the curved plate in order to measure the entire curved plate using this measuring unit, Y-axis moving device (5) in the left and right directions, And a computer 7 for processing data obtained by the measuring section.
Z 축 이동장치(4)는 Y 축 이동장치(5)에 고정된 칼럼에서 스크류를 이용하여 측정부를 높이 방향으로 이동시킬 수 있는 공지의 수단으로 이루어질 수 있으며, Y 축 이동장치(5)는 X 축 이동장치(6)상에서 이동가능하며 Z 축 이동장치(4)는 좌우로 이동시키는 공지의 수단으로 이루어질 수 있고, X 축 이동장치(6)는 레일과 같은 공지 수단으로 이루어 질수 있다.The Z-axis shifter 4 may be made of known means capable of moving the measuring part in the height direction by using a screw in a column fixed to the Y-axis shifter 5, the Y-axis shifter 5 being X It is movable on the axis moving device 6 and the Z axis moving device 4 can be made by known means for moving left and right, and the X axis moving device 6 can be made by known means such as a rail.
본 발명의 곡판 부재 계측 장치는 먼저 측정하고자 하는 임의의 곡판부재(8)를 측정 위치에 배열시키고, 본 발명의 장치의 X 축 이동장치(6)를 이용하여 측정부를 측정 위치로 이동시킨다.The curved sheet member measuring apparatus of the present invention first arranges any curved sheet member 8 to be measured at the measuring position, and moves the measuring unit to the measuring position using the X-axis moving device 6 of the apparatus of the present invention.
그후 카메라(1)는 Y축 이동장치(5)를 이용하여 곡판 부재(8)에 접근하면서 곡판의 외곽부를 찾아낸다. 곡판의 외곽부를 찾기 위해 본 발명의 카메라(1)를 사용하였으나, 레이저 광선을 동시에 사용하면 정확성을 더욱 더 높힐 수 있다.The camera 1 then finds the periphery of the curved plate while approaching the curved plate member 8 using the Y-axis moving device 5. Although the camera 1 of the present invention was used to find the periphery of the curved plate, the use of the laser beam at the same time can further increase the accuracy.
곡판은 최소한 2차원 평면을 이루고 있으므로 카메라를 360도 회전시키기 위한 모터(2)를 이용하여 가로 방향의 외곽선과 세로 방향의 외곽선을 찾을 수 있게 구성된다.Since the curved plate forms at least a two-dimensional plane, the motor 2 for rotating the camera 360 degrees is used to find the horizontal outline and the vertical outline.
곡판의 최초 정보는 카메라를 이용하여 외곽선 추출에 사용된 Z 축 높이를 기준으로 하여, 레이저 변위 센서(3)를 통해 먼저 Y 축 이동장치(5)를 이동시키면서 이동거리에 다른 상대 위치차를 구하며, 곡판의 끝점에 도달하면 X 축 이동장치(6)를 이용하여 측정부를 곡판의 전후방향으로 일정한 거리 만큼 이동시킨 후 다시 Y 축 이동장치(5)를 움직여 곡판의 상대 높이를 구한다. 이와 같이 X축과 Y축을 반복해서 움직이면서 전체 곡판을 측정하며, 측정된 결과를 컴퓨터(7)에 저장한다.The initial information of the curved plate is based on the Z-axis height used for the outline extraction using a camera, and the Y-axis moving device 5 is first moved through the laser displacement sensor 3 to obtain another relative position difference in the moving distance. When the end point of the curved plate is reached, the measuring unit is moved by a predetermined distance in the front and rear direction of the curved plate using the X axis moving device 6, and then the Y axis moving device 5 is moved again to obtain the relative height of the curved plate. As described above, the entire curved sheet is measured while repeatedly moving the X and Y axes, and the measured results are stored in the computer 7.
측정이 끝나면 컴퓨터(7)에 저장된 측정 결과를 연산처리하여 전체 곡판의 형상을 구하게 된다. 컴퓨터(7)는 외곽 에지 및 곡면 보간 데이터를 저장하고 설계 자료와 비교하며 오차 검출 및 왜곡 검출을 행한다.After the measurement, the measurement results stored in the computer 7 are calculated to obtain the shape of the entire curved plate. The computer 7 stores outer edge and curved interpolation data, compares it with design data, and performs error detection and distortion detection.
본 발명의 실시예에서는 곡판의 외곽선을 추출하기 위하여 카메라를 이용하였으나, 다른 실시예에서는 접촉식 스위치 혹은 근접 센서 등을 사용하여 외곽선을찾을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 외곽선을 찾은 다음, 레이저 변위 센서를 이용하였으나, 다른 실시예에서는 변위를 측정하기 위해 레이저 변위 센서 뿐만 아니라 초음파 등을 사용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the camera is used to extract the outline of the curved plate, but in another embodiment, the outline may be found by using a contact switch or a proximity sensor. In addition, in the embodiment of the present invention, after finding the outline, a laser displacement sensor is used, but in another embodiment, ultrasonic waves as well as the laser displacement sensor may be used to measure the displacement.
곡판의 계측이 필요한 것은 궁극적으로는 설계 정보와 비교하고 이를 바탕으로 목적 형상과의 오차를 검출하기 위함이다. 또한, 다음 단계의 가공 경로 및 가공 방법을 결정하기 위한 공정상의 한 단계로도 볼 수 있다. 곡판의 3차원 측정 시스템은 이러한 과정에서 나오는 계측 자료를 바탕으로 곡판의 정보를 정량화하기 때문에 데이터베이스 구축에 유리하며, 나아가 전문가 시스템이나 기타의 지능형 시스템 구축이 가능하게 되어 사용 기간이 늘어날수록 가공시스템의 성능이 향상되는 시스템을 구축할 수 있도록 해준다.Ultimately, measurement of curved plate is necessary to compare with design information and to detect error from the target shape based on this. It can also be viewed as a step in the process for determining the next processing path and processing method. Curved three-dimensional measurement system quantifies the information of the curved surface based on the measurement data from this process, which is advantageous for building a database, and furthermore, it is possible to build an expert system or other intelligent system. It allows you to build a system that improves performance.
도 3에는 본 발명의 곡판 부재 계측 장치를 이용한 외곽에지 검출방법이 도시되는데, 외곽 추출은 카메라(1)를 이용하여 측정한다. X축, Y축, Z축으로 움직일 수 있는 3축 구동 시스템에 카메라가 부착되어 외곽을 추출하므로, 카메라는 X-Y-Z 공간상의 임의의 위치로 이동할 수 있다. 여기서 X 축 및 Y 축은 곡판의 X-Y 평면상의 임의의 위치로 이동할 수 있으므로 평면상의 임의의 위치에 있는 곡판 부재(8)의 경계점을 추적하는데 매우 유리하며, Z 축은 카메라의 높낮이를 조절함으로써 측정시의 정밀도를 확보하고 공간상의 왜곡을 보정하는 역할을 수행한다.3 shows an edge detection method using the curved sheet member measuring apparatus of the present invention, and the edge extraction is measured using the camera 1. The camera is attached to a three-axis drive system that can move in the X-, Y-, and Z-axes to extract the outline, so that the camera can move to any position in the X-Y-Z space. Since the X and Y axes can move to any position on the XY plane of the curved plate, it is very advantageous to track the boundary point of the curved member 8 at any position on the plane, and the Z axis is used to adjust the height of the camera. It ensures precision and corrects distortion in space.
그러나 곡판은 주로 사각형의 형태를 가지고 있으므로, 사각형을 일정한 자세로 추적하기 위해서는 곡판의 각 모서리에서 회전할 수 있는 기구부의 부착이 필요하며 이를 위해 본 발명에서는 기어 및 엔코더가 장착된 모터(2)를 사용하여 카메라(1)가 360도 임의의 각으로 회전할 수 있게 한다. 따라서 본 발명은 곡판의 외곽 에지 추출에 총 4축의 기구부 제어가 필요하다.However, since the curved plate is mainly in the form of a square, in order to track the square in a certain posture, it is necessary to attach a mechanism that can rotate at each corner of the curved plate. To allow the camera 1 to rotate 360 degrees at any angle. Therefore, the present invention requires a total of four axes of mechanical control to extract the outer edge of the curved sheet.
도 4에는 본 발명의 곡판 부재 계측 장치를 이용한 곡면 측정 방법이 도시되는데, 설계 정보에는 목적 형상에 대한 정보와 가공에 필요한 최소한의 정보만이 포함되어 있기 때문에, 가공중의 형상과 직접 일대일로 비교하기 어렵다.Fig. 4 shows a curved surface measuring method using the curved member measuring apparatus of the present invention. Since the design information includes only the information on the target shape and the minimum information necessary for processing, the shape is directly compared with the shape during processing. Difficult to do
따라서 본 발명에서는 설계 정보를 이용하여 3차원 곡면으로 생성한 다음, 가공이 진행됨에 따라 계측된 곡판 부재(8)의 형상도 3차원 곡면으로 추출하며 이를 직접 비교하는 방법을 취한다. 곡판의 계측을 통하여 3차원 곡면을 생성하기 위해서, 일정 간격으로 X-Y 평면상에서 구동할 수 있는 기구부에 레이져 화상처리 센서나 레이저 변위 센서(3)를 부착하여 곡면의 형상을 계측한다.Therefore, the present invention takes a method of generating a three-dimensional curved surface using design information, and then extracting the shape of the curved member 8 measured as the three-dimensional curved surface as the machining proceeds, and directly comparing them. In order to generate a three-dimensional curved surface through measurement of the curved plate, a laser image sensor or a laser displacement sensor 3 is attached to a mechanism that can be driven on the X-Y plane at regular intervals to measure the shape of the curved surface.
이러한 방법으로 계측한 곡판의 외곽 에지나 곡면 정보는 측정시의 외부 환경이나 센서 자체에서 발생하는 오차로 인하여 실제값과는 다르게 조금씩 오차를 가지고 있다. 이러한 오차를 줄이고 설계 자료와 비교하기 쉽도록 하기 위하여 각각 정보를 보정하고 보간하여 설계 정보와 비교하게 된다.The outer edge and surface information of the curved sheet measured in this way has errors slightly different from the actual values due to errors occurring in the external environment or the sensor itself during measurement. To reduce this error and to make it easier to compare with the design data, the information is calibrated and interpolated to compare with the design information.
본 발명은 카메라를 이용하여 곡판의 최초 정보는 외곽선 추출에 사용된 Z 축 높이를 기준으로 하여, 레이저 변위 센서(3)를 통해 먼저 Y 축 이동장치를 이동시키면서 이동거리에 다른 상대 위치차를 구하며, 곡판의 끝점에 도달하면 X축 이동장치를 이용하여 측정부를 곡판의 전후방향으로 일정한 거리 만큼 이동시킨 후 다시 Y 축 이동장치(5)를 움직여 곡판의 상대 높이를 구하고, 이와 같이 X축과 Y축을 반복해서 움직이면서 전체 곡판을 측정하며, 측정된 결과를 컴퓨터(7)에 저장하고, 측정이 끝나면 컴퓨터(7)에 저장된 측정 결과를 연산처리하여 전체 곡판의 형성을 구하게 되므로 곡판 부재의 곡면 형상을 3차원적으로 단시간내에 측정하는 효과를 제공한다.In the present invention, the initial information of the curved plate using a camera is obtained based on the Z-axis height used for extracting the outline, and then, the laser displacement sensor (3) first moves the Y-axis moving device to obtain another relative position difference in the moving distance. When the end point of the curved plate is reached, move the measuring unit by a certain distance in the front and rear direction of the curved plate using the X axis moving device, and then move the Y axis moving device 5 again to find the relative height of the curved plate. The entire curved plate is measured by repeatedly moving the axis, and the measured result is stored in the computer 7, and after the measurement, the measurement result stored in the computer 7 is calculated to obtain the formation of the whole curved plate. It provides the effect of measuring in three dimensions in a short time.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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