KR100199442B1

KR100199442B1 - 천정크레인 자동화용 3차원 형상검출방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100199442B1
Application number: KR1019960071548A
Authority: KR
Inventors: 지창운; 조성근
Original assignee: 홍상복; 포스코신기술연구조합
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980052541A

Abstract

본 발명은 최소가로격자 길이의 범위안에서 형상검출기를 가로격자선 방향으로 이동시킴으로서 더욱 조밀한 피측정면상의 격자형을 얻을 수 있도록 한 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출방법 및 그 장치에 관한 것으로, 레이저 광선을 피측정물에 조사하고 반사광을 받아서 피측정점간의 거리정보를 수치정보화하는 스캐너로써의 레이저광 발신 및 수신장치(10)를 가지는 3차원형상검출기에 있어서, 천정크레인 구조물에 고정된 지지대(1)에 선형가이드(2)를 장착하고, 상기 선형가이드(2)에 미끄럼이동할 수 있도록 장착된 선형이동 테이블(3)에 3차원 레이저 스캐너인 레이저광 발신 및 수신장치(10)를 부착하며, 상기 테이블(3)을 볼나사(8)에 체결하여 선형운동할 수 있도록 하고, 상기 볼나사(3)는 제어용 모터(7)에 연결되어 상기 볼나사(3)의 회전에 의해 상기 테이블(3)이 선형가이드(2)를 따라 가로격자선 방향(12)으로 세로격자선(16)간의 간격을 등분한 거리만큼을 이동하도록 함으로써 스캐너가 작업대상면을 스캔하고 그 스캔된 정보와 테이블(3)의 위치를 조합하여 3차원 형상정보를 검출함을 특징으로 한다.

Description

천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출방법 및 그 장치

본 발명은 천정크레인 자동화작업에 이용되는 지상작업대상물의 형상인식용 형상검출방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최소가로격자 길이의 범위안에서 형상검출기를 가로격자선 방향으로 이동시킴으로서 더욱 조밀한 피측정면상의 격자형을 얻을 수 있도록 한 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 천정크레인용으로 사용되는 3차원 형상측정장치의 구성은 레이저광선을 반사할 수 있으면서 화살표(13)로 나타낸 바와 같은 방향으로 회전하도록 된 회전거울(18)과, 상기 회전거울(18)에 레이저광선을 발신하고 그 회전거울(18)에 의하여 레이저광선을 수신하도록 된 스캐너인 레이저광 발신 및 수신장치(10)와, 상기 회전거울(18)과 그 구성요소들 및 레이저광 발신 및 수신장치(10)를 수용하는 프레임을 고정하여 지지하도록 된 회전축(6)을 가지는 회전구동모터(4)와, 상기 회전구동모터(4)를 지지하도록 된 회전축베어링(5)과, 상기 회전축베어링(5)을 천정크레인 작업장의 천정구조물에 용접된 장치지지대(1)에 고정하는 테이블(3)로 이루어짐으로서, 레이저광 발신 및 수신장치(10)에서 나온 광선을 회전거울(18)을 통해 원광선과 수직인 면을 따라 방사방향으로 비산시킨다. 이 비산된 레이저 광선(14)은 피측정물에 반사되어 비산된 경로의 반대경로로 수신장치인 레이저광 발신 및 수신장치(10)에 닿게 된다. 수신장치인 레이저광 발신 및 수신장치(10)에서 추출된 피측정점간에 거리정보와 회전거울(18)에 부착된 엔코더의 펄스열수를 조합하면 피측정면의 가로격자선(15)상의 위치와 거리에 관한 2차원 정보가 얻어진다.

또한, 레이저 광선(14)의 바산면 각도를 회전축(6)의 회전을 통해 변화시키고 회전 구동모터(4)에 부착된 엔코더 펄스열과 그 순간에 얻은 가로격자선(15) 위의 2차원 정보를 조합하면 피측정면의 가로격자선(15), 세로격자선(16) 위의 3차원 정보를 얻을 수 있어서 피측정면위에 놓인 작업대상물의 3차원 형상을 검출하는 것이 가능하다.

이러한 3차원 레이저 스캔방식은 새로운 것이 아니며, 이미 상품에도 응용되고 있다. 그러나, 이러한 종래의 스캔방식은, 예컨데 15m 정도로 높은 위치에 있는 천정과 같은 장소에 설치하는 경우에는 그 적용에 한계가 있다. 즉, 스캔 작업수행시 레이저 광선(14)과 레이저 광선(14) 사이의 최저 각도가 적정한 각도(예컨데, 0.8) 이상을 유지하여야 작업대상물의 적절한 형상인식을 수행할 수 있게 되며, 따라서, 지상 15m 정도의 높이에 종래와 같이 고정된 검출기를 설치하는 경우 지상 피측정면상의 가로격자선의 격자간격은 20cm 이상이 된다.

따라서, 넓이가 4m 되는 트럭의 가장자리를 인식하기 위해 이러한 종래의 스캐너를 이용하는 경우 트럭의 넓이방향으로 약 20개 정도의 격자만 지나가며 이는 넓이에 대하여 약 5-10%의 측정오차를 유발시키므로 만족할만한 정보는 아니다. 또한 상황에 따라서는 더 조밀한 가로격자 간격을 요하는 경우도 생길 것이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 일반적인 3차원 레이저 스캔방식에 의하여 피측정면위에 놓인 작업대상물의 3차원 형상을 측정하는 경우 최소가로격자 길이의 범위안에서 형상검출기를 가로격자선방향으로 이동시킴으로서 더욱 조밀한 피측정면상의 격자형을 얻을 수 있도록 한 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

제1도는 본 발명에 따른 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출장치를 도시한 개략 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 장치 지지대 2 : 선형가이드

3 : 테이블 4 : 회전구동모터

5 : 회전축 베어링 6 : 회전축

7 : 구동 모터 8 : 볼나사

9 : 2차원 스캐너의 회전방향 10 : 레이저광 발신 및 수신장치

11 : 미끄럼연결기구 12 : 테이블 선형운동방향

13 : 회전거울 회전방향 14 : 레이저 광선

15 : 피측정면의 가로격자선 16 : 피측정면의 세로격자선

17 : 추가되는 세로 격자선 18 : 회전거울

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 레이저 광선을 피측정물에 조사하고 반사광을 받아서 피측정점간의 거리정보를 수치정보화하는 스캐너로써의 레이저광 발신 및 수신장치를 가지는 3차원 형상검출방법에 있어서, 상기 레이저광 발신 및 수신장치가 가로격자선 방향을 따라 설정거리만큼 이동하는 단계;와, 상기 레이저광 발신 및 수신장치가 가로격자선 방향에 대한 이동이 정지된 상태에서 작업대상면을 스캔하는 단계;를 포함하여, 스캔된 정보와 레이저광 발신 및 수신장치의 위치를 조합하여 3차원 형상정보를 검출함으로 특징으로 하는 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출방법을 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은, 레이저 광선을 피측정물에 조사하고 반사광을 받아서 피측정점간의 거리정보를 수치정보화하는 스캐너로써의 레이저광 발신 및 수신장치를 가지는 3차원형상검출기에 있어서, 천정크레인 구조물에 고정된 지지대에 선형가이드를 장착하고, 상기 선형가이드에 미끄럼이동할 수 있도록 장착된 선형이동 테이블에 3차원 레이저 스캐너인 레이저광 발신 및 수신장치를 부착하며, 상기 테이블을 볼나사에 체결하여 선형운동할 수 있도록 하고, 상기 볼나사는 제어용 모터에 연결되어 상기 볼나사의 회전에 의해 상기 테이블이 선형가이드를 따라 가로격자선 방향으로 세로격자선간의 간격을 등분한 거리만큼을 이동하도록 함으로서 레이저광 발신 및 수신장치가 작업대상면을 스캔하고 그 스캔된 정보와 테이블의 위치를 조합하여 3차원 형상정보를 검출함을 특징으로 하는 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출장치를 도시한 개략 구성도로서, 레이저광선을 반사할 수 있으면서 화살표로 나타낸 회전거울 회전방향(13)으로 회전하도록 된 회전거울(18)과, 상기 회전거울(18)에 레이저광선을 발신하고 그 회전거울(18)에 의하여 레이저광선을 수신하도록 된 스캐너인 레이저광 발신 및 수신장치(10)과, 상기 회전거울(18)과 그 구성요소들 및 레이저광 발신 및 수신장치(10)를 수용하는 프레임을 고정하여 지지하도록 된 회전축(6)을 가지는 회전구동모터(4)와, 상기 회전구동모터(4)를 지지하도록 된 회전축베어링(5)과, 상기 회전축베어링(5)을 고정하는 테이블(3)로 이루어지는 개략의 구성은 종래와 동일한다.

본 발명의 장치는 상기 테이블(3)에 미끄럼연결기구(11)를 형성하고, 상기 미끄럼연결기구(11)는 천정크레인 작업장의 천정구조물인 장치지지대(1)에 용접등으로 고정된 선형가이드(2)에 미끄럼 가능하도록 끼워진다.

따라서, 본 발명의 장치는 크레인 작업장의 천정구조물에 용접되어 있는 장치 지지대(1), 레이저 스캐너를 선형운동하게 하는 테이블(3), 레이저 광선을 피측정물에 조사하고 반사광을 받아서 피측정점간의 거리정보를 수치정보화하는 스캐너로써의 레이저광 발신 및 수신장치(10)로 이루어진 대략의 구성을 가진다.

본 발명은 종래의 스캔방식을 대체로 수용하면서 그 취약점인 고소에서의 정밀도 저하를 방지하기 위하여 최소가로격자 길이(상기한 경우 20cm) 범위안에서 스캔장치를 가로격자선(15)을 따라 선형이동시키는 방식을 채용한다.

즉, 상기 테이블(3)은 지지대(1)에 용접된 선형가이드(2)를 따라서 왕복운동하는 것이며, 이 운동을 지원하기 위해 볼나사(8)와 상기 볼나사(8)를 회전시켜 주는 제어용 모터(7)를 설치하는 것으로, 상기 볼나사(8)는 테이블(3)에 연결됨으로서 모터(7)를 회전시키면 그 볼나사(8)가 회전하여 테이블(3)을 선형가이드(2)를 따라 미끄럼 이동할 수 있도록 한다.

이렇게 제어용 모터(7), 볼나사(8), 선형가이드(2), 이동테이블(3)로 구성된 선형 이동 시스템을 이용하여 레이저 스캐너를 가로격자 방향인 테이블 선형운동방향(12)으로 이동시키는데, 이동간격은 이미 생성된 세로격자(16)간의 간격과 동일하도록 설정하거나, 필요하다면 이미 생성된 세로격자(16)간의 간격과 다른 간격을 가지도록 설정할 수 있다.

본 장치의 하부에 스캔하고자 하는 지상작업대상물을 위치시키고, 이러한 상태에서 그 대상물의 3차원 형상을 검출하기 위하여, 레어저광 발신 및 수신장치(10)에 의해 레이저광이 발신되고 또한 작업대상물로부터 반사된 레이저광이 수신된다. 이때, 레이저광 발신 및 수신장치(10)는 어느 하나의 세로격자선(이는, 레이저광 발신 및 수신장치(10)의 직하부측에 위치하게 될 것이다)(16)과 그에 이웃한 다른 세로격자선(16)과의 사이에 위치하는 부분에 대한 작업대상물의 형상정보이고, 이렇게 어느 하나의 세로격자선과 그에 이웃한 다른 격자선(16) 사이의 부분에 대한 작업대상물의 형상정보를 얻은 후에는, 구동모터(7)가 회전하여 레이저광 발신 및 수신장치(10)가 가로격자선(15)을 따라 적장한 거리 이동되며, 다시 상기의 동작을 반복하게 된다. 상기와 같이 레이저광 발신 및 수신장치(10)가 가로격자선(15)을 따라 이동하여 형성정보를 얻고자 하는 세로격자선(16) 사이의 상부에 위치함으로써, 그로부터 발생하는 레이저광선 사이의 각도가 종래와 동일한 적정한 각도(예컨데, 0.8)를 유지하는 경우에도, 세로격자선(16) 사이를 분할하는 다수개의 세로격자선(17)을 형성할 수 있어, 보다 조밀한 피측정면상의 격자형을 얻을 수 있는 것이고, 이는 측정된 작업대상물의 3차원 형상정보에 대한 해상도를 보다 향상시킬 수 있게 한다.

특히, 본 발명에서와 같이 선형이동에 볼나사(8)와 같은 정밀한 선형이동기구를 이용하는 경우 매우 좁은 간격으로 세로 격자선(17)을 형성할 수 있어, 분해능이 수십까지 가능하므로, 레이저 스캐너의 방사형 광선 비산방식과 조합하면 천정크레인이 이용되는 작업공간상의 조대한 조합대상물에서 한변의 크기가 수십 cm 되는 작업대상물까지 유연하게 검출할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출장치에 의하면, 천정크레인 자동화작업에 이용되는 지상작업대상물의 형상인식용 형상검출기가 최소가로격자 길이의 범위안에서 가로격자선 방향으로 이동됨으로서 더욱 조밀한 피측정면상의 격자형을 얻을 수 있도록 하는 우수한 효과를 가진다.

Claims

레이저 광선을 피측물에 조사하고 반사광을 받아서 피측정점간의 거리정보를 수치정보화하는 스캐너로써의 레이저광 발신 및 수신장치(10)를 가지는 3차원 형상검출방법에 있어서, 상기 레이저광 발신 및 수신장치(10)가 가로격자선 방향을 따라 설정거리만큼 이동하는 단계; 와, 상기 레이저광 발신 및 수신장치(10)가 가로격자선 방향에 대한 이동이 정지된 상태에서 작업대상면을 스캔하는 단계; 를 포함하여, 스캔된 정보와 레이저광 발신 및 수신장치(10)의 위치를 조합하여 3차원 형상정보를 검출함을 특징으로 하는 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출방법.
레이저 광선을 피측정물에 조사하고 반사광을 받아서 피측정점간의 거리정보를 수치정보화하는 스캐너로써의 레이저광 발신 및 수신장치(10)를 가지는 3차원 형상검출기에 있어서, 천정크레인 구조물에 고정된 지지대(1)에 선형가이드(2)를 장착하고, 상기 선형가이드(2)에 미끄럼이동할 수 있도록 장착된 선형이동 테이블(3)이 3차원 레이스 스캐너인 레이저광 발신 및 수신장치(10)를 부착하며, 상기 테이블(3)을 볼나사(8)에 체결하여 선형운동할 수 있도록 하고, 상기 볼나사(3)는 제어용 모터(7)에 연결되어 상기 볼나사(3)의 회전에 의해 상기 테이블(3)이 선형가이드(2)를 따라 가로격자선 방향(12)으로 세로격자선(16)간의 간격을 등분한 거리만큼을 이동하도록 함으로서 레이저광 발신 및 수신장치(10)가 작업대상면을 스캔하고 그 스캔된 정보와 테이블(3)의 위치를 조합하여 3차원 형상정보를 검출함을 특징으로 하는 천정 크레인 자동화용 3차원 형상검출장치.