KR100244803B1 - 천정부착형 3차원 형상검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 무거운 균형체가 필요없이 2차원 레이저 방사부를 회전시키는 구동모터의 장착구조를 변형시킴으로서 구동모터가 균형체의 역할을 행할 수 있게 된 천정부착형 3차원 형상검출장치에 관한 것으로서, 레이저 발생기(1)에서 나온 광선의 진행방향이 광선의 빔축에 경사진 회전거울(2)에 의하여 변경되도록 구성되는 2차원레이저방사부(20)를 갖추며, 상기 2차원 레이저방사부(20)의 회전축(16)이 검출장치 지지용 구조물(14)에 회전가능하도록 수용되어 구동모터에 의해 회전됨으로써 공간좌표계에서 서로 직교하는 2개의 회전축을 중심으로 각변위를 발생시키면서 레이저광선을 피사체에 주사하여 거리를 측정하고 피사체표면에 대한 3차원의 형상을 얻도록 된 3차원 형상검출장치에 있어서, 상기 회전축(16)에 풀리(12)를 갖추며, 3차원 구동을 위한 구동모터(7)가 상기 2차원레이저방사부(20)에 장착되고, 상기 구동모터(7)는 풀리(8)를 갖추며, 상기 풀리(8)(12)가 벨트(9)를 매개로 서로 연결됨을 특징으로 한다.

Description

천정부착형 3차원 형상검출장치

본 발명은 천정에 부착되어 물류 자동화 등에 이용되는 지상 작업대상물 형상인식용 형상 검출기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 무거운 균형체가 필요없이 2차원 레이저 방사부를 회전시키는 구동모터의 장착구조를 변형시킴으로써 구동모터가 균형체의 역할을 행할 수 있게 된 천정부착형 3차원 형상검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 3차원 형상 검출장치의 구성은 제1도에 도시된 바와 같이 천정구조물(13)에 부착된 검출장치 지지용 구조물(14), 2차원 레이저 방사부(20), 2차원 레이저 방사부(20)를 회전운동하게 해주는 미도시된 모터로 크게 나누어 볼 수 있다.

상기 2차원 레이저 방사부(20)는 일반적으로 이용되는 원리를 이용한 것으로서, 레이저 발생기(1)에서 발사된 레이저 광선을 레이저 발생기(1)에서 발사된 광선의 방향과 직교인 평면으로, 레이저 발생기(1)에서 발생된 광선의 축을 중심으로 방사방향으로 뿌려주는 역할을 한다. 이와 같이 레이저 광원(1)에서 나온 광선의 진행방향을 90° 변경시키기 위해서 레이저발생기(1)에서 발사된 광선의 빔축에 45°로 경사진 거울(2)을 설치한다. 한편, 경사진 거울(2)을 거울의 중심축(3)을 회전축으로 삼고 회전시키면 레이저광선은 원래의 진행방향에서 90° 꺽인 채 레이저광선의 원래 진행방향과 직교인 평면상에서 축회전각 만큼의 각변위를 일으키게 된다

상기 회전거울이 360° 회전했을 때는 레이저 광선의 원래 진행방향에 직교인 평면상에서 그 광선축을 중심으로 모든 방향에 균일하게 방사된다. 레이저방사부(20)에서 거울(2)을 회전시키는 동력원은 회전축(3)과 연결된 모터(6)이며, 이 모터(6)의 회전각변위는 풀리(4)(11)와 벨트(5)를 거쳐서 절대치형 회전식 엔코더(10)에 의해 감지된다. 회전거울(2)을 거쳐 조사된 레이저 광선이 피사체와 충돌한 경우, 반사된 광선이 조사된 경로를 거슬러서 레이저방사부(20)에 설치된 광선감지부,즉 레이저송수신부(21)에 도착하게 되고, 광선이 발사된 시점과 되돌아온 시점의 시간차와 광선의 속도를 고려하면 피사체까지의 거리를 산출할 수 있다. 이와 같이 2차원 레이저 방사부(20)를 이용하면 피사체의 선형데이터 즉 2차원 형상을 얻을 수 있다.

3차원 형상검출기는 상기의 레이저 방사부(20)에 회전거울(2)의 축방향과 직교인 미도시된 회전축을 검출장치 지지용 구조물(14)측에 설치하여 레이저방사부(20)를 이 축을 중심으로 회전시킴으로써 피사체 표면의 여러 지점에 걸쳐 선형형상을 얻는 것을 그 원리로 한다. 즉, 공간 좌표계에서 서로 직교하는 2개의 회전축을 중심으로 각변위를 발생시키면서 레이저광선을 피사체에 주사하여 거리를 측정함으로써 피사체표면에 대한 3차원의 형상을 얻게 된다.

즉, 장치 지지용 구조물(14) 내부에 거울의 중심축(3)과 수직하는 미도시된 회전축을 설치하고, 이 회전축에 2차원 레이저방사부(20)를 체결하며, 또한 이 회전축의 회전구동용 모터 및 회전축의 각위치 감지용 회전식 엔코더를 직렬로 장착하는 구조를 가진다.

미설명된 부호(15)는 중력방향을 나타내는 화살표이다.

그런데, 이러한 종래기술에 의한 3차원 형상검출기에 있어서는, 회전축 조립부의 복잡화, 조립부의 정도저하, 구동모터의 거대화 등을 들 수 있다. 즉, 레이저방사부(20)를 회전시켜 3차원 형상검출이 이루어지도록 하는 회전축, 이 회전축을 회전구동하기 위한 구동모터, 이 회전축의 회전변위를 검출하기 위한 엔코더 등을 검출장치 지지용 구조물(14) 내부의 1축 상에서 직렬로 조립 구성하여야 하므로, 조립작업이 어렵게 되고 부품 교환시에도 많은 노력이 필요하며, 조립정도도 악화되기 쉽다.

또한, 이러한 3차원 형상검출기가 천정에 설치되어 중력방향(15)으로 광선을 조사하는 경우에는 회전축을 중심으로 좌측와 우측의 회전부하간에 불균형이 존재하므로 균형이 이루어지도록 균형체(22)를 설치하게 되며, 이를 설치하지 않으면 3차원 구동을 위한 미도시된 회전축의 구동에 있어 불안정요소를 제공하기 때문에 그의 설치는 필수 불가결하게 된다. 그러나, 이 균형체(22)는 회전부하자체를 증가시켜 모터의 용량 산정시 더 큰 용량을 가지도록 선정하여야만 하는 것이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3차원 형상을 검출하기 위하여 2차원 레이저 방사부를 회전시키도록 된 구동부 구조를 변경하여 보다 안정적이며 간단한 구조에 의한 조립 및 분해가 용이하고 또한 별도의 균형체 설치가 불필요하여 3차원 구동을 위한 구동모터의 용량을 작게 할 수 있도록 된 천정부착형 3차원 형상검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 종래기술에 따른 천정부착형 3차원 형상검출장치를 도시한 외곽사시도,

제2도는 본 발명에 따른 천정부착형 3차원 형상검출장치를 도시한 외관사시도,

제3도는 본 발명에 따른 천정부착형 3차원 형상검출장치를 일부절개하여 도시한 배면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 레이저발생기 2 : 회전거울

8 : 풀리 9 : 벨트

12 : 풀리 14 : 검출장치 지지용 구조물

16 : 회전축 18 : 엔코더

20 : 2차원 레이저방사부

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 레이저 발생기에서 나온 광선의 진행방향이 광선의 빔축에 경사진 회전거울에 의하여 변경되도록 구성되는 2차원 레이저방사부를 갖추며, 상기 2차원 레이저방사부의 회전축이 검출장치 지지용 구조물에 회전가능하도록 수용되어 구동모터에 의해 회전됨으로써 공간좌표계에서 서로 직교하는 2개의 회전축을 중심으로 각변위를 발생시키면서 레이저광선을 피사체에 주사하여 거리를 측정하고 피사체표면에 대한 3차원의 형상을 얻도록 된 3차원 형상검출장치에 있어서, 상기 회전축에 풀리를 갖추며, 3차원 위치정보를 얻기 위한 구동모터가 상기 2차원 레이저방사부에 장착되고, 상기 구동모터는 상기 레이저방사부의 거울, 회전축, 모터, 풀리와 벨트및 , 회전식 엔코더를 중심으로 하여 상기 레이저 발생기의 반대측에서 레이저방사부에 장착되며, 상기 구동모터는 회전축을 중심으로 하여 레이저방사부의 좌우양측이 동일한 중량을 가지도록 된 무게를 갖고, 풀리를 갖추며, 상기 풀리와 회전축의 풀리가 벨트를 매개로 서로 연결됨을 특징으로 하는 천장 부착형 3차원 형상검출장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 천정부착형 3차원 형상검출장치를 도시한 외관 사시도로서, 2차원 레이저 방사부(20)를 이루는 대략의 구성은 도 1에 도시된 종래기술의 구성과 유사하고, 균형체(22)가 장착되었던 위치에 상기 2차원 레이저 방사부(20)를 회전시켜 3차원 정보를 얻기위한 구동모터(7)를 장착한다.

이러한 구동모터(7)는 종래의 균형체(22)를 대체하는 것으로, 이를 위하여는 그 구동모터(7)의 장착위치가 그 무게와 회전특성을 고려하게 선정되어져야 함을 의미한다.

즉, 상기 구동모터는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 거울(2), 회전축(3), 모터(6), 풀리(4)(11)와 벨트(5), 및 회전식 엔코더(10)를 중심으로 하여 상기 레이저 발생기(1)의 반대측에서 레이저방사부(20)에 장착된다.

그리고, 상기 구동모터(7)는 그 자체중량이 종래의 균형체(22)를 대체하기 위한 것이므로 대략 동일한 중량을 갖추는 것이고, 또한 상기 구동모터(7)는 풀리(8)를 갖추며, 이 풀리(8)는 타이밍벨트(9)를 매개로하여 다른 풀리(12)에 연결되는바, 상기 풀리(12)는 검출장치 지지용 구조물(14)에 미도시된 베어링부재를 매개로 장착되어 회전가능하도록 갖추어지면서 2차원 레이저방사부(20)에 일체로 형성된 회전축(16)에 형성되는 것이다.

그리고, 상기 회전축(16)은 검출장치 지지용 구조물(14)에 갖추어진 엔코더(18)에 커플링(17)을 매개로 연결된다.

물론, 상기 2개의 풀리(8)(12) 사이를 타이밍 벨트(9)에 의해 연결하는 구동계에서는, 회전부하의 크기를 고려하여 구동측과 피동측 타이밍 풀리의 잇수비를 선택할 수 있어 부가적인 감속비를 얻을 수 있으므로 구동모터(7)의 크기를 조정함이 가능하다. 즉, 상기 구동모터(7)는 회전축(6)을 중심으로 하여 레이저방사부(20)의 좌우양측이 대략 동일한 중량을 가지도록 된 무게를 갖는다.

따라서, 상기 구동모터(7)의 자체 중량이 종래의 균형체(22)를 대체시키기 때문에, 부가적인 균형체(22)를 별도로 부착하지 않아도 되고, 회전축의 조립부가 매우 단순화되어 조립 및 분해가 용이하며, 또한 부가적인 감속비를 얻는 것이 용이하여 장치의 제작측면, 유지보수의 측면 및 검출정밀도의 향상측면에서 매우 개선된 작용효과를 갖는다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 천정부착형 3차원 형상검출장치에 의하면, 2차원 레이저방사부를 회전시켜 3차원위치정보를 얻기 위한 구동모터가 풀리와 벨트를 매개로 2차원 레이저방사부측에 설치됨으로써 장치의 균형을 유지하기 위한 별도의 균형체가 불필요하며, 또한 이러한 구동모터는 부가적인 감속비를 얻는 것이 용이하여 그 용량이 과도하게 클 필요가 없고, 이들을 조립하기 위한 구조가 매우 간단하여 조립이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있으며, 따라서 장치의 제작측면, 유지보수의 측면 및 검출정밀도의 향상측면에서 매우 우수한 효과를 가진다.

Claims (1)

1. 레이저 발생기(1)에서 나온 광선의 진행방향이 광선의 빔축에 경사진 회전거울(2)에 의하여 변경되도록 구성되는 2차원레이저방사부(20)를 갖추며, 상기 2차원레이저방사부(20)의 회전축(16)이 검출장치 지지용 구조물(14)에 회전가능하도록 수용되어 구동모터에 의해 회전됨으로써 공간좌표계에서 서로 직교하는 2개의 회전축을 중심으로 각변위를 발생시키면서 레이저광선을 피사체에 주사하여 거리를 측정하고 피사체표면에 대한 3차원의 형상을 얻도록 된 3차원 형상검출장치에 있어서, 상기 회전축(16)에 풀리(12)를 갖추며, 3차원 위치정보를 얻기 위한 구동모터(7)가 상기 2차원 레이저방사부(20)에 장착되고, 상기 구동모터(7)는 상기 레이저방사부(20)의 거울(2), 회전축(30, 모터(6), 풀리(4)(11)와 벨트(5)및, 회전식 엔코더(10)를 중심으로 하여 상기 레이저 발생기(1)의 반대측에서 레이저방사부(20)에 장착되며, 상기 구동모터(7)는 회전축(16)을 중심으로 하여 레어저방사부(20)의 좌우양측이 동일한 중량을 가지도록 된 무게를 갖고, 풀리(8)를 갖추며, 상기 풀리(8)와 회전축(16)의 풀리(12)가 벨트(9)를 매개로 서로 연결됨을 특징으로 하는 천장 부착형 3차원 형상검출장치.

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