KR20230006146A - 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치 및, 이를 이용한 조립 편차 보정 및 공정 수행 오차 보정 방법 - Google Patents

감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치 및, 이를 이용한 조립 편차 보정 및 공정 수행 오차 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 에이프릴태그 등과 같은 감지용 표식과 카메라를 이용하여 장치를 구성하는 각 프레임, 기구부, 이송부, 이동부, 측정부, 유연기구 등의 X, Y, Z 축의 위치 변화 값들과 각도 변화 값(θx, θy, θz)들을 지속적으로 실시간 모니터링하여 장치 조립과 구동시에 유격과 공차로 인해 발생하는 편차를 실시간으로 감소시키는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 공정 오차 보정 장치는, 프레임; 프레임을 중심으로 프레임의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 공정을 수행하는 기구부; 프레임을 중심으로 프레임의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 이송을 수행하는 이송부; 프레임, 기구부 또는 이송부에 형성되는 감지표식; 프레임의 내부 또는 외부에 형성되어 감지표식에 대한 촬상을 수행하여 촬상이미지를 생성하는 촬상부; 및 프레임, 기구부 또는 이송부에 형성된 감지표식을 촬상한 촬상부로부터 전달받은 촬상이미지를 분석하여, 감지표식의 이미지 변화 값을 도출함으로써, 프레임, 기구부 또는 이송부의 3차원 위치 변화 값을 도출하는 측정부;를 포함한다.

Description

감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치 및, 이를 이용한 조립 편차 보정 및 공정 수행 오차 보정 방법 {AN APPARATUS FOR CORRECTING ASSEMBLY DEVIATION OF AN APPARATUS AND CORRECTING A PROCESS ERROR USING AN APRILTAG, AND AN APPARATUS FOR CORRECTING AN ASSEMBLY DEVIATION OF THE APPARATUS AND CORRECTING A PROCESS ERROR USING THE SAME}
본 발명은 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치 및, 이를 이용한 조립 편차 보정 및 공정 수행 오차 보정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 에이프릴태그 등과 같은 감지용 표식과 카메라를 이용하여 장치를 구성하는 각 프레임, 기구부, 이송부, 이동부, 측정부, 유연기구 등의 X, Y, Z 축의 위치 변화 값들과 각도 변화 값(θx, θy, θz)들을 지속적으로 실시간 모니터링하여 장비 조립과 구동 시에 유격과 공차로 인해 발생하는 편차를 실시간으로 감소시키는 기술에 관한 것이다.
그동안 산업 전반에 걸쳐 물체를 3차원으로 복원하려는 시도는 꾸준히 계속되어 왔으며, 컴퓨터비전 기술의 발달로 물체를 3차원으로 복원하는 것도 실재로 가능 해졌다. 이 중에서 레이저나 패턴광을 이용한 경우 정확도는 높지만 장비의 가격이 비싸고 실사용이 어렵다는 단점이 있으며, 이와 반대로 인위적인 광원을 사용하지 않는 3차원 복원기술들은 능동 방식에 비해 정밀도는 떨어지지만 장비가 간편하다는 장점이 있다.
이 중에서 카메라를 사용하는 방식은 카메라의 해상도와 성능 향상으로 인해 활발하게 연구되고 있으며, 그 방법에는 Structure From Motion(SFM), 스테레오비전(stereo vision) 등의 방식과 공간을 복셀(voxel)로 정의한 후 복셀 들을 각 이미지에 투영해 색상의 일관성과 가시성을 만족하는 복셀 만을 남기는 공간조각방식이 있다. 그러나, 이러한 방식들은 복원대상이 텍스쳐가 부족하거나 색상이 거의 비슷한 경우는 적용하기 어려운 단점이 있다.
이에 반해 에이프릴태그(Apriltag)는 증강현실, 로봇공학 및 카메라 보정을 포함한 다양한 작업에 유용한 시각적 기준으로써 일반 프린터에서도 타겟을 손쉽게 생성할 수 있으며 감지 소프트웨어를 통해 조명이나 시야각의 제약이 있어도 카메라로 태그의 정확한 3D 위치, 방향 등을 계산할 수 있다.
에이프릴태그는, 2차원 바코드의 일종이라는 점에서 QR코드와 개념적으로 유사하나, 훨씬 더 작은 데이터 페이로드(4~12비트)를 인코딩하도록 설계되어 더 강력하고 더 긴 범위에서 감지가 가능하며 탐지율과 정확도 측면에서 높은 정확도를 가지고 3D 위치를 계산할 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0057586호(발명의 명칭: 블라인드 워터마킹 기술을 이용한 카메라 기반 측위 방법 및 시스템)에서는, 컴퓨터 시스템에서 실행되는 측위 방법에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 측위 방법은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 쿼리 이미지에서 비가시적인 마커(invisible marker)가 포함된 합성 이미지를 인식하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 마커의 식별 태그와 매칭된 좌표를 기반으로 상기 쿼리 이미지의 포즈(pose)를 계산하는 단계를 포함하는 측위 방법이 개시되어 있다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0057586호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 에이프릴태그 등과 같은 감지용 표식과 카메라를 이용하여 장치를 구성하는 각 프레임, 기구부, 이송부, 이동부, 측정부, 유연기구 등의 X, Y, Z 축의 위치 변화 값들과 각도 변화 값(θx, θy, θz)들을 지속적으로 실시간 모니터링하여 장치 조립과 구동시에 유격과 공차로 인해 발생하는 편차를 실시간으로 최소화시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 프레임; 상기 프레임을 중심으로 상기 프레임의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 공정을 수행하는 기구부; 상기 프레임을 중심으로 상기 프레임의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 이송을 수행하는 이송부; 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부에 형성되는 감지표식; 상기 프레임의 내부 또는 외부에 형성되어 상기 감지표식에 대한 촬상을 수행하여 촬상이미지를 생성하는 촬상부; 및 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부에 형성된 상기 감지표식을 촬상한 상기 촬상부로부터 전달받은 상기 촬상이미지를 분석하여, 상기 감지표식의 이미지 변화 값을 도출함으로써, 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치 변화 값을 도출하는 측정부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 감지표식은 에이프릴태그(AprilTag), 아루코 마커(Aruco marker), 에이알태그(ARtag) 또는 에이알툴킷(ARToolKit)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 측정부는, 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치 변화 값에 따라 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치가 보정되도록 상기 기구부 또는 상기 이송부로 제어 신호를 전달할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 감지표식은 각인, 프린팅 또는 부착되어 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 촬상부 및 상기 프레임과 결합하고, 상기 촬상부를 이동시키는 이송부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 측정부는, 유사한 픽셀 그라디언트의 클러스터에서 최소 자승법(LSM)을 사용하여 상기 촬상이미지 내 상기 감지표식의 이미지에서 선분을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 측정부는, 감지표식의 3차원 기울어짐 또는 위치 이동을 분석하여, 상기 감지표식이 형성된 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치 변화 값을 도출할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상기 감지표식에 대한 상기 촬상이미지가 상기 촬상부에 의해 획득되는 제1단계; 상기 측정부가 상기 촬상부로부터 전달받은 상기 촬상이미지를 분석하여, 상기 감지표식의 이미지 변화 값을 도출하는 제2단계; 상기 측정부가 상기 기구부의 3차원 위치 변화 값을 도출하는 제3단계; 및 상기 측정부가 상기 기구부로 제어 신호를 전달하여, 상기 기구부의 3차원 위치가 보정되는 제4단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 장치를 구성하는 각 프레임, 기구부, 이송부, 이동부, 측정부, 유연기구 등의 X, Y, Z 축의 위치 변화 값들과 각도 변화 값(θx, θy, θz)들을 지속적으로 실시간 모니터링하여 장치 조립과 구동시에 유격과 공차로 인해 발생하는 편차를 반영함으로써, 상기와 같은 각 구성의 3차원 위치 값을 보정하여 각 구성에 의한 공정 오차를 최소화할 수 있다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이송부에 대한 모식도이다.
도 4와 도 5는 본 발명에서 복수의 실시 예에 따른 감지표식에 대한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지표식의 분석에 대한 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치의 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이송부(300)에 대한 모식도이다.
도 1 및 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 공정 오차 보정 장치는, 프레임(410); 프레임(410)을 중심으로 프레임(410) 의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 공정을 수행하는 기구부; 프레임(410)을 중심으로 프레임(410) 의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 이송을 수행하는 이송부(300); 프레임(410), 기구부 또는 이송부(300)에 형성되는 감지표식(10); 프레임(410)의 내부 또는 외부에 형성되어 감지표식(10)에 대한 촬상을 수행하여 촬상이미지를 생성하는 촬상부(100); 및 프레임(410), 기구부 또는 이송부(300)에 형성된 감지표식(10)을 촬상한 촬상부(100)로부터 전달받은 촬상이미지를 분석하여, 감지표식(10)의 이미지 변화 값을 도출함으로써, 프레임(410), 기구부 또는 이송부(300)의 3차원 위치 변화 값을 도출하는 측정부;를 포함한다.
여기서, 이송부(300)에 설치된 감지표식(10)은 이송부(300)가 정지된 상태에서 촬상될 수 있다.
감지표식(10)은 에이프릴태그(AprilTag), 아루코 마커(Aruco marker), 에이알태그(ARtag) 또는 에이알툴킷(ARToolKit)일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 감지표식(10)이 상기와 같은 종류들로 한정된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 동일한 기능을 수행할 수 있는 다른 2차원 바코드도 이용될 수 있음은 당연하다.
도 1에서 보는 바와 같이, 기구부는, 가공대상(500)에 대한 가공을 수행하는 툴(tool)인 가공툴(210), 가공대상(500)을 지지하는 가공베이스(220), 가공툴(210)과 결합하고 가공툴(210)을 3차원 이동 또는 회전시키는 툴이동기(230) 및 가공베이스(220)와 결합하고 가공베이스(220)를 3차원 이동 또는 회전시키는 베이스이동기(240)를 구비할 수 있다.
가공툴(210), 가공베이스(220), 툴이동기(230) 및 베이스이동기(240) 각각에는 다축로봇 또는 직교로봇이 구비될 수 있으며, 이와 같은 기구부의 일부 또는 전체가 프레임을 중심으로 프레임의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 기구부가 프레임의 내부에 형성된 경우에 대해 설명하기로 한다. 기구부는 가공에 필요한 이동 장비, 유연기구 등 모든 장비를 포함하는 구성일 수 있다.
그리고, 상기와 같이 기구부를 구성하는 각각의 구성 및 프레임(410) 등의 표면에 감지표식(10)이 형성될 수 있으며, 감지표식(10)은 각인, 프린팅 또는 부착되어 형성될 수 있다.
구체적으로, 감지표식(10)은 레이저 등으로 각각의 표면에 각인되어 형성될 수 있으며, 또는, 감지표식(10)이 각각의 표면에 프린팅되어 형성될 수 있다. 또는, 기판 상에 감지표식(10)이 각인 또는 프린팅되어 형성되고, 기판이 상기와 같은 각각의 표면에 부착됨으로써 감지표식(10)이 설치될 수도 있다.
이송부(300)는 촬상부(100) 및 프레임(410)과 결합하고, 촬상부(100)를 이동시킬 수 있다. 이송부(300)는, 촬상부(100)와 결합하고 촬상부(100)를 지지하는 지지암(310), 지지암(310)과 결합하고 지지암(310)을 3차원 이동 또는 회전시키는 구동기(320), 구동기(320)와 결합하여 구동기(320)를 지지하는 지지체(330)를 구비할 수 있다. 여기서, 구동기(320)는 지지체(330)를 따라 이동하거나 지지체(330)를 중심으로 회전을 수행할 수 있다.
촬상부(100)는, 상기와 같이 이송부(300)와 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 프레임(410)의 내부에서 감지표식(10)을 촬상할 수 있는 복수의 위치 각각에 형성될 수도 있다. 촬상부(100)의 설치 위치 및 수는 공정에 따라 상이해질 수 있다.
다만, 공간 활용 및 공정 수행 효율적인 면에서 촬상부(100)가 이송부(300)에 결합되는 것이 유리할 수 있으며, 본 발명의 설명에서는 촬상부(100)가 이송부(300)와 결합되어 구성되는 사항에 대해서 설명하기로 한다. 기본 원리는 복수의 위치에 촬상부(100)가 설치되는 경우에도 동일한 것은 당연하다.
촬상부(100)는 위치센서(110)를 구비하고, 위치센서(110)에 의해 수집되는 촬상부(100)의 위치 및 자세 변화에 대한 정보가 측정부로 전달될 수 있다. 측정부는 위치센서(110)로부터 전달받은 촬상부(100)의 위치 및 자세 변화에 대한 정보를 분석하여 구동기(320)로 제어신호를 전달함으로써, 촬상부(100)의 위치 및 자세를 제어할 수 있다. 위치센서(110)의 정보는 무선 또는 유선으로 측정부로 전달될 수 있다.
여기서, 하나의 감지표식(10)을 촬상하는 촬상부(100)는 해당 감지표식(10)을 촬상하기 위해 기준이 되는 위치인 기준 위치를 일정하게 유지하면서 해당 감지표식(10)에 대한 촬상을 수행하여야 해당 감지표식(10)의 위치 변화를 촬상할 수 있으므로, 하나의 감지표식(10)에 대한 촬상부(100)의 위치, 자세 및 광축이 일정하게 유지되도록 촬상부(100)의 위치가 제어될 수 있다.
각각의 감지표식(10)을 촬상하는 위치에 대한 정보는 측정부에 저장되어 있을 수 있으며, 하나의 감지표식(10)을 촬상하기 위해 이송부(300)에 의해 촬상부(100)의 이동 시, 측정부는 이송부(300)로 제어 신호를 전달하여, 하나의 감지표식(10)을 촬상하기 위한 기준 위치에서 해당 감지표식(10)을 촬상하기에 적합한 자세 및 광축으로 촬상부(100)가 촬상을 수행하도록 할 수 있다.
상기와 같은 촬상부(100)에 대한 자세 또는 광축 제어는 촬상부(100)가 프레임(410)에 결합되는 경우에도 동일하게 수행될 수 있으며, 프레임(410)의 일 부위에 고정된 촬상부(100)가 감지표식(10)에 대한 촬상 수행 시, 해당 감지표식(10)을 촬상하기 위한 기준 위치에서 해당 감지표식(10)을 촬상하기에 적합한 자세 및 광축으로 촬상부(100)가 촬상을 수행하도록 촬상부(100)의 위치가 제어될 수 있다. 이 때, 촬상부(100)의 위치 제어를 위해 촬상부(100)와 프레임(410) 사이에는 구동기(320)가 결합될 수 있다.
도 4와 도 5는 본 발명에서 복수의 실시 예에 따른 감지표식(10)에 대한 이미지이다. 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지표식(10)의 분석에 대한 이미지이다.
여기서, 도 4의 (a) 내지 (d) 각각은, 각각 다른 실시 예의 에이프릴태그(AprilTag)를 나타낸 이미지이다. 그리고, 도 5의 (a)는 에이알툴킷(ARToolKit)에 대한 이미지이고, 도 5의 (b)는 에이알태그(ARtag)에 대한 이미지이며, 도 5의 (c)는 에이프릴태그(AprilTag)에 대한 이미지이고, 도 5의 (d)는 아루코 마커(Aruco marker)에 대한 이미지이다.
그리고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지표식(10)의 분석에 대한 이미지이다. 구체적으로, 도 6의 (a)는 촬상부(100)에서 획득된 촬상이미지를 나타내고, 도 6의 (b)는 촬상이미지에서 선분 감지에 대한 사항을 나타낸 이미지이며, 도 6의 (c)는 모든 쿼드(quad) 감지에 대한 사항을 나타낸 이미지이며, 도 6의 (d)는 유효한 코드 체계를 가진 쿼드가 이미지에서 추출되는 사항을 나타낸 이미지이다.
도 6의 (a)에서 보는 바와 같이, 촬상부(100)가 감지표식(10)을 촬상하여 촬상이미지를 생성하고, 이와 같은 촬성이미지가 측정부로 전달될 수 있다. 그리고, 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이, 측정부는, 유사한 픽셀 그라디언트(gradients)의 클러스터(clusters)에서 최소 자승법(LSM, Least Square Method)을 사용하여 촬상이미지 내 감지표식(10)의 이미지에서 선분을 감지할 수 있다.
다음으로, 측정부에서는, 도 6의 (c)에서 보는 바와 같이, 그래디언트 방향에 따라 가능한 모든 쿼드가 이미지에서 감지될 수 있으며, 그 후, 도 6의 (d)에서 보는 바와 같이, 유효한 코드 체계를 가진 쿼드가 촬상이미지에서 추출될 수 있다. 그리고, 측정부는, 호모그래프(homograph) 및 고유 추정(intrinsic estimation)을 사용하여 촬상이미지에 있는 감지표식(10)(AprilTag)의 포즈를 획득하고, 최외각 사각형 각각의 꼭지점의 좌표 변화를 측정하여, 3차원 기울어짐 또는 위치 이동을 측정함으로써, 감지표식(10)의 이미지 변화 값을 도출할 수 있다.
그리고, 감지표식(10)의 3차원 기울어짐(X, Y, Z 축의 각도 변화 값, θx, θy, θz) 또는 3차원 위치 이동(x, y, z) 변화 값을 분석하여, 감지표식(10)이 형성된 감지표식(10)이 형성된 프레임(410), 기구부, 이송부(300)의 3차원 위치 변화 값을 도출할 수 있다.
본 발명의 장치가 작동 중에는, 기구부 또는 프레임(410)에 형성된 부품, 기기 등에서 인장, 압축, 굽힘, 전단, 비틀림 등의 변화 및 구동 시 진동 누적 등으로 인한 체결 부위의 이격에 대해 각 부품의 부위별 X, Y, Z 축의 각도 변화 값(θx, θy, θz) 또는 X, Y, Z 축의 위치 변화 값(x, y, z)이 생성될 수 있으며, 이와 같은 경우, 상기와 같이 감지표식(10)에서는 3차원 기울어짐 또는 위치 이동이 발생할 수 있다.
측정부에서는, 소정의 프로그램을 이용하여 감지표식(10)의 3차원 기울어짐 또는 위치 이동을 분석함으로써, 감지표식(10)의 각 부위에 대한 3차원 좌표 변화 값을 도출하고, 이를 이용하여 감지표식(10)이 형성된 프레임(410), 기구부, 이송부(300) 등의 3차원 위치 변화 값을 도출할 수 있다.
상기된 프로그램에서는, 감지표식(10)의 3차원 기울어짐 또는 위치 이동에 따른 감지표식(10)의 각 부위에 대한 3차원 좌표 변화 값에 대한 시뮬레이션을 수행하여, 각각의 경우에 대한 데이터를 저장하며, 저장된 데이터에 의한 감지표식(10)의 기준이미지와 촬상이미지의 감지표식(10)의 3차원 기울어짐 또는 위치 이동에 대한 데이터를 비교하여 감지표식(10)의 각 부위에 대한 3차원 좌표 변화 값을 도출할 수 있다.
측정부는, 프레임(410), 기구부 또는 이송부(300)의 3차원 위치 변화 값에 따라 기구부 또는 이송부(300)의 3차원 위치가 보정되도록 기구부 또는 이송부(300)로 제어 신호를 전달할 수 있다.
상기와 같은 경우, 촬상부(100)는 감지표식(10)에 대한 촬상을 지속적으로 수행하여 촬상이미지가 측정부로 전달될 수 있으며, 측정부는 전달되는 촬상이미지와 해당 감지표식(10)의 기준이미지가 일치되는 경우, 기구부가 정해진 위치로 이동 또는 회전한 것으로 판단하고, 기구부에 대한 제어를 완료할 수 있다. 기구부에 대한 제어는 상기된 가공툴(210), 가공베이스(220), 툴이동기(230) 및 베이스이동기(240) 각각에 대한 제어를 포함할 수 있다. 이와 같은 사항은 이송부(300)에 대한 제어에도 동일하게 적용될 수 있다.
구체적인 실시 예로써, 도 2에서 보는 바와 같이, 하우징(420)의 내부에 기구부가 형성되어 하나의 모듈이 형성될 수 있으며, 이와 같은 모듈이 복수 개 형성되어 각각의 모듈이 프레임(410)과 결합할 수 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 촬상부(100)는 각각의 모듈에 형성된 기구부에 대한 촬상을 수행할 수 있고, 이에 따라, 복수 개의 기구부로 측정부의 제어 신호가 전달되어 각각의 기구부에 대한 제어가 수행될 수 있다.
그리고, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기된 구동기(320)에 대응되는 구성으로써 리니어모터(341)와 회전모터(342)가 형성될 수 있으며, 지지암(310)의 일단이 리니어모터(341)와 결합하고 지지암(310)의 타단이 촬상부(100)와 결합할 수 있다. 또한, 촬상부(100) 자체의 구동에 의해 촬상부(100)에 구비된 카메라의 기울기 운동, 회전 운동 등이 수행될 수 있어, 카메라의 촬상 범위가 증대될 수 있다.
그리고, 이송부(300)는 프레임(410)의 내부에서 수직 방향으로 연장되게 형성되고 리니어모터(341)를 지지하는 모터지지체(350)를 구비할 수 있으며, 모터지지체(350)의 하단에 회전모터(342)가 결합되어 회전모터(342)가 모터지지체(350)를 회전시킴으로써 촬상부(100)의 회전 운동이 수행될 수 있다.
상기와 같이 측정부가 촬상부(100)의 위치센서(110)로부터 정보를 전달받으면, 측정부는 리니어모터(341), 회전모터(342) 및 서보모터 중 하나 이상에 제어 신호를 전달하여 촬상부(100)의 3차원 위치 이동 및 회전에 대한 제어를 수행할 수 있고, 또한, 하나의 감지표식(10)으로부터 다른 감지표식(10)으로 촬상 위치를 변화시키기 위해 이송부(300)로 제어 신호를 전달하여 촬상부(100)의 위치를 변경시킬 수 있다.
그리고, 모터지지체(350)와 회전모터(342)와 같은 고정된 구성에도 감지표식(10)이 형성될 수 있으며, 프레임(410)에 설치된 다른 촬상부(100)에 의해 고정된 구성의 감지표식(10)을 촬상할 수 있으며, 측정부는 이 때 확득된 촬상이미지를 이용하여 각각의 고정된 구성의 3차원 위치 이동 또는 회전 변화 값을 측정할 수 있다.
또한, 프레임(410)도 고정된 구성에 포함될 수 있으며, 프레임(410)의 각각의 부위에 형성된 감지표식(10)을 촬상부(100)가 촬상하여 상기와 같은 측정부에 의한 분석이 수행됨으로써, 프레임(410)의 일 부위의 변형(3차원 위치 이동 또는 비틀림 변화 값)을 측정할 수 있다.
그리고, 고정된 구성의 3차원 위치 이동, 회전, 또는 변형 등이 발생된 것으로 측정부에서 판단되는 경우, 측정부는 사용자의 전자기기로 판단에 대한 정보를 전달하고, 사용자는 고정된 구성의 위치 및 자세 불량에 대한 보수를 수행할 수 있다. 이에 따라, 장치 내 각각의 구성에서 발생한 불량 사항에 대한 신속한 조치가 가능할 수 있다.
이하, 본 발명의 장치를 이용한 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 방법에 대해서 설명하기로 한다.
제1단계에서, 감지표식(10)에 대한 촬상이미지가 촬상부(100)에 의해 획득될 수 있다. 그리고, 제2단계에서, 측정부가 촬상부(100)로부터 전달받은 촬상이미지를 분석하여, 감지표식(10)의 이미지 변화 값을 도출할 수 있다.
다음으로, 제3단계에서, 측정부가 기구부의 3차원 위치 변화 값을 도출할 수 있다. 그 후, 제4단계에서, 측정부가 기구부로 제어 신호를 전달하여, 기구부의 3차원 위치가 보정될 수 있다.
본 발명의 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 방법에 대한 나머지 상세한 사항은, 상기된 본 발명의 장치에 대한 사항과 동일하다.
상기와 같은, 본 발명의 장치 및 방법을 이용하여, 장치를 구성하는 각 프레임, 기구부, 이송부, 이동부, 측정부, 유연기구 등의 X, Y, Z 축의 위치 변화 값들과 각도 변화 값(θx, θy, θz)들을 지속적으로 실시간 모니터링하여 장치 조립과 구동시에 유격과 공차로 인해 발생하는 편차를 반영함으로써, 상기와 같은 각각의 구성의 3차원 위치 값을 보정하여 각 구성에 의한 공정 오차를 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명의 장치에서 조립되는 장비에 대한 조립 편차 또는 다른 공정에서의 공정 오차 등을 최소화시켜, 본 발명의 장치에 의해 제조되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 장치에 설치되는 장비(기구부 등) 자체의 조립 과정에서 발생될 수 있는 오차를 최소화시켜 누적 공차의 발생도 미연에 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 감지표식 100 : 촬상부
110 : 위치센서 210 : 가공툴
220 : 가공베이스 230 : 툴이동기
240 : 베이스이동기 300 : 이송부
310 : 지지암 320 : 구동기
330 : 지지체 341 : 리니어모터
342 : 회전모터 350 : 모터지지체
410 : 프레임 420 : 하우징
500 : 가공대상

Claims (8)

  1. 프레임;
    상기 프레임을 중심으로 상기 프레임의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 공정을 수행하는 기구부;
    상기 프레임을 중심으로 상기 프레임의 내부 또는 외부에 형성되고, 소정의 이송을 수행하는 이송부;
    상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부에 형성되는 감지표식;
    상기 프레임의 내부 또는 외부에 형성되어 상기 감지표식에 대한 촬상을 수행하여 촬상이미지를 생성하는 촬상부; 및
    상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부에 형성된 상기 감지표식을 촬상한 상기 촬상부로부터 전달받은 상기 촬상이미지를 분석하여, 상기 감지표식의 이미지 변화 값을 도출함으로써, 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치 변화 값을 도출하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지표식은 에이프릴태그(AprilTag), 아루코 마커(Aruco marker), 에이알태그(ARtag) 또는 에이알툴킷(ARToolKit)인 것을 특징으로 하는 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치 변화 값에 따라 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치가 보정되도록 상기 기구부 또는 상기 이송부로 제어 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지표식은 각인, 프린팅 또는 부착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송부는, 상기 촬상부 및 상기 프레임과 결합하고, 상기 촬상부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는, 유사한 픽셀 그라디언트의 클러스터에서 최소 자승법(LSM)을 사용하여 상기 촬상이미지 내 상기 감지표식의 이미지에서 선분을 감지하는 것을 특징으로 하는 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는, 감지표식의 3차원 기울어짐 또는 위치 이동을 분석하여, 상기 감지표식이 형성된 상기 프레임, 상기 기구부 또는 상기 이송부의 3차원 위치 변화 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치.
  8. 청구항 1의 감지표식을 이용한 장비 조립 편차 보정 및 공정 오차 보정 장치를 이용한 조립 편차 보정 및 공정 수행 오차 보정 방법에 있어서,
    상기 감지표식에 대한 상기 촬상이미지가 상기 촬상부에 의해 획득되는 제1단계;
    상기 측정부가 상기 촬상부로부터 전달받은 상기 촬상이미지를 분석하여, 상기 감지표식의 이미지 변화 값을 도출하는 제2단계;
    상기 측정부가 상기 기구부의 3차원 위치 변화 값을 도출하는 제3단계; 및
    상기 측정부가 상기 기구부로 제어 신호를 전달하여, 상기 기구부의 3차원 위치가 보정되는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립 편차 보정 및 공정 수행 오차 보정 방법.
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