KR100598849B1 - 3차원 비젼 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차체 외측면의 굴곡을 포함한 표면을 보다 정확하고 효율적으로 측정하여 차체 조립 정도를 향상시킬 수 있는 3차원 비젼 시스템에 관한 것으로, 카메라에 보여지는 대상물에 대한 2차원(x, y) 좌표값을 측정하는 2차원 비젼 카메라와, 상기 2차원 비젼 카메라와 길이방향 중심선이 설정된 각도를 갖도록 장착되며, 상기 2차원 비젼 카메라의 중심 광축과 임의의 각도로 레이저 슬릿빔을 면 형태로 주사하는 레이저 슬릿 빔 발생기를 포함하여 구성하는 비젼 센서 헤드와; 상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 레이저 슬릿 빔 발생기를 통해 주사된 레이저 플레인(Laser Plane)에 대한 평면 방정식과 상기 2차원 비젼 카메라를 통해 얻어지는 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)과의 관계에서 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)상에 레이저 라인이 형성되고 형성된 레이저 라인 상에서 각 플레인에 대한 좌표를 2차원 비젼 시스템의 기능을 이용하여 획득하며, 레이저 플레인(Laser Plane) 상에 존재하는 점들에 대한 정보를 이용하여 레이저 플레인(Laser Plane)의 평면 방정식을 구하고, 레이저 플레인(Laser Plane) 평면 방정식과 공간상에 존재하는 점에 대한 벡터 방정식에서 임의의 점에 대한 좌표를 구하여 3차원으로 대상물을 측정하는 비젼 컨트롤러와; 상기 비젼 센서 헤드와 상기 비젼 컨트롤러를 전기적으로 연결하며, 상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 2차원 비젼 카메라에서 취득한 화상 정보를 화상 처리부에 전송 및 카메라 제어 신호를 전송하는 기능을 하는 비젼 케이블을 포함하여 구성한다.
3차원, 비젼, 카메라, 시스템

Description

3차원 비젼 시스템{THREE DIMENSIONAL VISION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 비젼 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 비젼 시스템의 측정 원리를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 비젼 시스템을 이용하여 차체의 부품을 측정한 화면을 도시한 도면.
본 발명은 3차원 비젼 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 차량은 차체와 섀시로 구분할 수 있으며, 차체는 사람이나 화물을 싣는 부분이고 섀시는 차량의 차체를 제외한 나머지 부분이다.
여기서, 차체는 차량의 골격을 형성하는 프레임과 이 프레임에 결합되는 패널들로 구성된다.
패널은 차실의 골격을 구성하는 프론트 필러 패널 어셈블리와, 차실의 종방향으로 센터 필러 패널 어셈블리 및 쿼터 아웃터 패널 어셈블리가 설치되고, 이들의 하측에서 횡방향으로 지지하는 사이드 실 패널 어셈블리가 설치되고 차실의 상 부에는 종방향으로 루프 패널이 설치된다.
또한, 차실의 측면에는 도어패널이 힌지 결합되고, 차실의 후면에는 트렁크리드가 힌지 결합되어 설치된다.
이와 같은 패널은 블랭크를 단조 등의 소성가공을 통하여 형상을 가공하였다.
소성가공을 통하여 가공된 패널은 가공하는 과정에서 프레스의 압력이 균일하지 못하거나 금형과 블랭크 사이에 이물질이 침투하게 되면 가공면에 굴곡이 발생하게 된다.
내측면에 발생된 굴곡은 내장재에 의해서 덧씌워지므로 문제가 되지 않지만 외측면에 발생된 굴곡은 차량의 외관을 손상시키게 된다.
따라서, 패널 외측면의 굴곡을 측정하기 위한 외측면 굴곡 측정 시스템이 필요하다.
본 발명의 목적은 차체 외측면의 굴곡을 포함한 표면을 보다 정확하고 효율적으로 측정하여 차체 조립 정도를 향상시킬 수 있는 3차원 비젼 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 3차원 비젼 시스템에 있어서, 카메라에 보여지는 대상물에 대한 2차원(x, y) 좌표값을 측정하는 2차원 비젼 카메라와, 상기 2차원 비젼 카메라와 길이방향 중심선이 설정된 각도를 갖도록 장 착되며, 상기 2차원 비젼 카메라의 중심 광축과 임의의 각도로 레이저 슬릿빔을 면 형태로 주사하는 레이저 슬릿 빔 발생기를 포함하여 구성하는 비젼 센서 헤드와; 상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 레이저 슬릿 빔 발생기를 통해 주사된 레이저 플레인(Laser Plane)에 대한 평면 방정식과 상기 2차원 비젼 카메라를 통해 얻어지는 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)과의 관계에서 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)상에 레이저 라인이 형성되고 형성된 레이저 라인 상에서 각 플레인에 대한 좌표를 2차원 비젼 시스템의 기능을 이용하여 획득하며, 레이저 플레인(Laser Plane) 상에 존재하는 점들에 대한 정보를 이용하여 레이저 플레인(Laser Plane)의 평면 방정식을 구하고, 레이저 플레인(Laser Plane) 평면 방정식과 공간상에 존재하는 점에 대한 벡터 방정식에서 임의의 점에 대한 좌표를 구하여 3차원으로 대상물을 측정하는 비젼 컨트롤러와; 상기 비젼 센서 헤드와 상기 비젼 컨트롤러를 전기적으로 연결하며, 상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 2차원 비젼 카메라에서 취득한 화상 정보를 화상 처리부에 전송 및 카메라 제어 신호를 전송하는 기능을 하는 비젼 케이블을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 비젼 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 비젼 시스템의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 3차원 측정 비젼 시스템에 있어서, 비젼 센서 헤드(110), 비젼 컨트롤러(120), 비젼 케이블을 포함하여 구성한다.
비젼 센서 헤드(110)는 2차원 비젼 카메라(112), 레이저 슬릿 빔 발생기(114), 조명부(116), 간섭 필터(118), 케이스를 포함하여 구성한다.
2차원 비젼 카메라(112)는 카메라에 보여지는 대상물에 대한 2차원(x, y) 좌표값을 측정한다.
본 발명의 실시예에 따른 2차원 비젼 카메라(112)는 대상물의 광학적 정보를 전기적 신호로 변환하여 주는 입력장치이며, CCD 카메라로 구성할 수 있다.
레이저 슬릿 빔 발생기(114)는 2차원 비젼 카메라(112)와 길이방향 중심선이 설정된 각도를 갖도록 장착되며, 2차원 비젼 카메라(112)의 중심 광축과 임의의 각도로 레이저 슬릿빔을 면 형태로 주사한다.
레이저 슬릿 빔 발생기(114)는 각종 프리젠테이션에 활용하고 있는 레이저 포인터와 같으나 단지 직선이 아닌 면 형태로 주사를 한다.
조명부(116)는 2차원 비젼 카메라(112)가 대상물의 원하는 정보를 입력할 수 있도록 광학적으로 특성을 만들어주는 기능을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 조명부(116)는 발광 다이오드(LED) 조명을 사용할 수 있으며, 2차원 비젼 카메라(112)가 화상을 취득할 때의 조명기능을 수행하여 일정 대역대의 파장을 갖는다.
간섭 필터(118)는 비젼 센서의 특성상 노이즈 광원에 대한 오류를 없애기 위해 본 시스템이 사용하는 광원 외의 파장을 가진 빛을 차단하는 기능을 한다.
케이스(CASE, 도시되지 않음)는 비젼 센서 헤드(110)를 구성하는 구성품들을 조합하기 위한 하우징 기능을 한다.
비젼 컨트롤러(120)는 컴퓨터, 화상 처리부를 포함하여 구성한다.
컴퓨터는 시스템 컨트롤러 기능을 수행하며 3차원 측정에 관련된 각종 소프트웨어(S/W)가 탑재된다.
화상 처리부는 2차원 비젼 카메라(112)를 통해 입력받은 전기적 신호를 컴퓨터를 통하여 특정 정보를 인식할 수 있도록 디지털화하는 기능을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 화상 처리부는 2차원 비젼 카메라(112)를 통해 입력된 화상 정보를 처리하는 화상 처리 전용 보드로 구성할 수 있다.
상기와 같은 구성으로, 본 발명의 실시예에 따른 비젼 컨트롤러(120)는 비젼 센서 헤드(110)를 구성하는 레이저 슬릿 빔 발생기(114)를 통해 주사된 레이저 플레인(Laser Plane)에 대한 평면 방정식과 2차원 비젼 카메라(112)를 통해 얻어지는 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)과의 관계에서 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)상에 레이저 라인이 형성되고 형성된 레이저 라인 상에서 각 플레인에 대한 좌표를 2차원 비젼 시스템의 기능을 이용하여 획득하며, 레이저 플레인(Laser Plane) 상에 존재하는 점들에 대한 정보를 이용하여 레이저 플레인(Laser Plane)의 평면 방정식을 구하고, 레이저 플레인(Laser Plane) 평면 방정식과 공간상에 존재하는 점에 대한 벡터 방정식에서 임의의 점에 대한 좌표를 구하여 3차원으로 대상물을 측정한다.
비젼 케이블은 비젼 센서 헤드(110)와 비젼 컨트롤러(120)를 전기적으로 연결하며, 비젼 센서 헤드(110)를 구성하는 2차원 비젼 카메라(112)에서 취득한 화상 정보를 화상 처리부에 전송 및 카메라 제어 신호를 전송하는 기능을 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 비젼 시스템의 측정 원리를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 비젼 시스템을 이용하여 차체의 부품을 측정한 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 2차원 측정 가능한 비젼 시스템과 레이저 슬릿빔을 이용하여 3차원으로 대상물을 측정할 수 있는 3차원 측정 비젼 시스템이다.
본 발명의 실시예는 고기능의 자동화 생산 설비 구현을 위한 센서 시스템으로 활용할 수 있으며 차체의 조립정도를 인라인(In-Line)에서 전수 측정하는 차체 정도 관리 시스템에 적용하여 차체의 조립 품질 향상에 활용할 수 있다.
상기한 바와 같이 2차원 비젼 카메라(112)는 카메라에 보여지는 대상물에 대한 2차원(x, y) 좌표값을 측정할 수 있는 기능을 수행한다.
2차원 비젼 카메라(112)의 중심 광축과 수직인 알고 있는 임의의 거리(A, B, C)에 있는 수평면에 대한 캘리브레이션을 수행하고 이를 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)이라 한다.
캘리브레이션에 대한 것은 이미 상용화된 것이므로 본 발명의 실시예에 따른 설명에서는 논외로 한다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane) 1, 2, 3상에 존재하는 점들에 대한 좌표는 알 수 있다.
그러나, 이 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane) 1, 2, 3 이외에 존재하는 점들에 대한 좌표는 알 수 없기 때문에 이를 구하기 위한 방법으로 주사된 레이저 플레인(Laser Plane)에 대한 평면 방정식과 이미 정의되어진 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)과의 관계에서 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane) 1과 2 사이에 있으면서 임의의 거리에 존재하는 점들에 대한 좌표를 구할 수 있으며 그 방법에 대해 기술한다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 측정 방법을 설명한다.
먼저, 중심 광축과 임의의 각도로 레이저 슬릿빔(부채꼴 형태)을 주사하면 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane) 1, 2, 3 상에 레이저 라인이 형성되고 이 라인 상에서 각 플레인 당 3점씩 총 9점에 대한 좌표를 2차원 비젼 시스템의 기능을 이용하여 획득한다.
이어서, 레이저 플레인(Laser Plane) 상에 존재하는 이 9점들에 대한 정보를 이용하여 레이저 플레인(Laser Plane)의 평면 방정식을 구한다.
레이저 플레인(Laser Plane) 평면 방정식과 공간상에 존재하는 점에 대한 벡터 방정식에서 임의의 점에 대한 좌표를 구한다.
예를 들어, 구해진 9점들을 평면 방정식에 대입하여 생성된 9개의 수식을 매트릭스 방정식으로 풀어 일반식의 계수를 구한다.
그리고, 레이저 평면 방정식과 공간상의 점에 대한 벡터 방정식을 통해 공간상 임의의 점에 대한 좌표 값을 획득한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 비젼 시스템은 차량 차체 패널의 조립 정도를 측정하기 위한 차체 정도 관리 시스템의 센서로 적용하여 차체 조립품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 각종 차량 생산 현장에 있는 로봇 자동화 장비에서 로봇을 가이딩하기 위한 3차원 시각 센서 시스템의 개발에 활용 가능하다.
또한, 기타 각종 시각 센서를 이용하는 다양한 응용(APPLICATION)에 접목 가능하다.
또한, 차체 정도 관리 시스템에 적용을 통한 차체 조립 정도 향상 및 고기능의 자동화 설비 센서 시스템으로의 활용이 가능한 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 3차원 비젼 시스템에 있어서,
    카메라에 보여지는 대상물에 대한 2차원(x, y) 좌표값을 측정하는 2차원 비젼 카메라와, 상기 2차원 비젼 카메라와 길이방향 중심선이 설정된 각도를 갖도록 장착되며, 상기 2차원 비젼 카메라의 중심 광축과 임의의 각도로 레이저 슬릿빔을 면 형태로 주사하는 레이저 슬릿 빔 발생기를 포함하여 구성하는 비젼 센서 헤드와;
    상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 레이저 슬릿 빔 발생기를 통해 주사된 레이저 플레인(Laser Plane)에 대한 평면 방정식과 상기 2차원 비젼 카메라를 통해 얻어지는 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)과의 관계에서 캘리브레이티드 플레인(Calibrated Plane)상에 레이저 라인이 형성되고 형성된 레이저 라인 상에서 각 플레인에 대한 좌표를 2차원 비젼 시스템의 기능을 이용하여 획득하며, 레이저 플레인(Laser Plane) 상에 존재하는 점들에 대한 정보를 이용하여 레이저 플레인(Laser Plane)의 평면 방정식을 구하고, 레이저 플레인(Laser Plane) 평면 방정식과 공간상에 존재하는 점에 대한 벡터 방정식에서 임의의 점에 대한 좌표를 구하여 3차원으로 대상물을 측정하는 비젼 컨트롤러와;
    상기 비젼 센서 헤드와 상기 비젼 컨트롤러를 전기적으로 연결하며, 상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 2차원 비젼 카메라에서 취득한 화상 정보를 화상 처리부에 전송 및 카메라 제어 신호를 전송하는 기능을 하는 비젼 케이블을 포함하여 구 성하는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비젼 컨트롤러는
    시스템 컨트롤러 기능을 수행하며 3차원 측정에 관련된 각종 소프트웨어(S/W)가 탑재되는 컴퓨터와;
    상기 2차원 비젼 카메라를 통해 입력받은 전기적 신호를 컴퓨터를 통하여 특정 정보를 인식할 수 있도록 디지털화하는 화상 처리부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화상 처리부는 상기 2차원 비젼 카메라를 통해 입력된 화상 정보를 처리하는 화상 처리 전용 보드로 구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 2차원 비젼 카메라는 CCD 카메라로 구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비젼 센서 헤드는
    상기 2차원 비젼 카메라가 대상물의 원하는 정보를 입력할 수 있도록 광학적으로 특성을 만들어주는 조명부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조명부는 발광 다이오드(LED)를 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비젼 센서 헤드는
    노이즈 광원에 대한 오류를 없애기 위해 광원 외의 파장을 가진 빛을 차단하는 간섭 필터를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비젼 센서 헤드는 상기 비젼 센서 헤드를 구성하는 구성품들을 조합하기 위한 하우징 기능을 하는 케이스 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 3차원 비젼 시스템.
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