KR100733396B1 - 3차원 측정 데이터 획득장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정 사각 영역까지의 측정을 행하여 보다 완성도가 높은 측정 데이터의 획득이 이루어지도록 한 3차원 측정 데이터 획득장치 및 방법에 관한 것으로, 다수의 마커가 부착되고 측정 대상물을 고정시키는 고정수단; 그 고정수단을 측정영역으로 이동시키고, 그 측정영역에서 그 고정수단의 위치를 이동시키는 이동수단; 그 측정 대상물 및 고정수단의 마커를 포함한 2차원 영상을 획득하는 영상 획득수단; 및 그 영상 획득수단으로부터의 2차원 영상에 근거하여 그 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 내고, 이 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보에 근거하여 그 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내며, 이 연산해 낸 3차원 측정 데이터를 확인하여 측정 사각 영역이 추출되면 해당 측정 사각 영역에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 연산수단을 포함하여, 마커가 부착된 고정부에 측정 대상물을 고정시킨 후에 그 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 획득하여 자동 정렬함으로써, 측정 과정에서 측정 대상물의 불필요한 위치 변경이 제거되어 보다 정밀한 측정이 가능하게 된다.

Description

3차원 측정 데이터 획득장치 및 방법{Apparatus and method for three dimension measurement data acquisition}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 측정 데이터 획득장치의 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 고정부의 사시도,

도 3은 도 1에 도시된 고정부가 설치된 이동부의 사시도,

도 4는 도 3에 도시된 이동부의 동작 일예를 나타낸 사시도,

도 5는 도 1에 도시된 연산부의 내부 구성도,

도 6은 측정 데이터의 삼각망화의 일예를 나타낸 도면,

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 측정 데이터 획득방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 측정 대상물 12 : 고정부

14 : 이동부 16 : 이동 제어부

18 : 투영부 20 : 촬영부

22 : 구동 제어부 24 : 정보 입/출력부

26 : 연산부 26a : 측정 대상물 위치 연산부

26b : 측정 데이터 분석 연산부 26c : 최적 경로 연산부

26d : 측정 데이터 연산부

본 발명은 3차원 측정 데이터 획득장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정 대상물의 형상에 대한 3차원적인 측정 데이터를 정확히 얻을 수 있도록 한 3차원 측정 데이터 획득장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 3차원 형상을 측정하기 위해 사용되는 방식으로는 1대의 카메라와 1개의 광원(예컨대, 레이저, 가시광선 등)을 투영하는 투영장치를 결합하여 해당되는 측정 대상물을 측정하는 방식과, 투영장치를 사용하지 않고 다수개의 촬영장치인 카메라만을 이용하는 스테레오 비전 방식 등이 있다.

이와 같은 종래의 3차원 형상 측정장치는 소정의 측정 대상물을 측정할 때 3차원 형상 측정장치가 볼 수 있는 영역에 대하여만 표면의 3차원 데이터를 얻을 수 있었다. 따라서, 3차원 형상 측정장치가 직접 볼 수 없는 다른 영역을 측정하기 위해서는 측정 대상물을 수동으로 이동시키는 방식, 또는 본 출원인이 국내에 특허출원하여 등록받은 내용(등록번호; 10-0502560)(명칭 : 광학식 마커를 이용한 3차원 측정 데이터 자동 정렬장치 및 그 방법)에 기재된 바와 같이 회전 테이블을 이용하는 방식 등을 사용하여야 한다.

그런데, 수동의 경우에는 작업자가 직접 수작업으로 측정 대상물을 이동시키기 때문에 정위치에 측정 대상물을 위치시키지 못하는 경우가 많이 발생하여 측정 데이터에 오차가 심하다는 문제가 있다.

그리고, 회전 테이블의 경우에는 해당 회전 테이블의 상면에 측정 대상물을 올려놓은 상태에서 회전시키게 되므로, 측정 대상물의 보여지는 외관에 대해서는 측정이 가능하였다. 그러나, 회전 테이블의 상면과 접촉하고 있는 측정 대상물의 하면의 형상을 측정하기 위해서는 작업자가 직접 측정 대상물을 뒤집어 준 후에 다시 측정해야 되므로, 번거러울 뿐만 아니라 상기의 수동의 경우에서처럼 측정 대상물의 정위치 정렬이 되지 않을 수도 있다.

또한, 회전 테이블의 경우에는 회전 테이블의 회전력이 회전 테이블과 측정 대상물간의 마찰력보다 크게 되면 회전 테이블상의 측정 대상물이 정위치에서 미끄러져서 정위치를 이탈하게 되고, 그로 인해 측정 데이터에 편차가 발생하게 된다.

그리고, 회전 테이블이 회전한 후에 정지하게 되면 측정 대상물의 관성에 의해 그 측정 대상물이 회전 테이블상에서 상대적인 위치 이동을 하기도 한다. 이와 같이 상대적인 위치 이동이 발생한 후에 재차 회전 테이블을 회전시켜 측정 대상물의 형상을 측정하게 되면 정상적인 측정 데이터 획득이 어렵다.

한편, 회전 테이블과 같은 측정 보조장치를 사용할 경우 측정 대상물과 측정기 사이에서 측정기의 시야를 방해하여 측정 데이터를 획득할 수 없게 하는 측정 사각이 발생한다. 광학식 측정기의 경우 현재로서는 이러한 측정 사각을 해결할 수 없다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 측정 사각 영역까지의 측정을 행하여 보다 완성도가 높은 측정 데이터의 획득이 이루어지도록 한 3차원 측정 데이터 획득장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 측정 데이터 획득장치는, 다수의 마커가 부착되고 측정 대상물을 고정시키는 고정수단; 그 고정수단을 측정영역으로 이동시키고, 그 측정영역에서 그 고정수단의 위치를 이동시키는 이동수단; 그 측정 대상물 및 고정수단의 마커를 포함한 2차원 영상을 획득하는 영상 획득수단; 및 그 영상 획득수단으로부터의 2차원 영상에 근거하여 그 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 내고, 이 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보에 근거하여 그 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내며, 이 연산해 낸 3차원 측정 데이터를 확인하여 측정 사각 영역이 추출되면 해당 측정 사각 영역에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 연산수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 고정수단은, 다수개의 마커가 부착되고 중공인 고정구, 상기 고정구의 양 측부에 형성된 구멍에 삽입되되 수평이동가능하게 설치되고 상기 고정구의 중공 부위에 위치하게 되는 측정 대상물을 지지하는 지지부재, 및 상기 지지부재를 고정시키는 고정부재를 포함한다.

그리고, 상기 이동수단은, 회전운동 및 상하 승강운동하는 회전 테이블, 상기 회전 테이블의 상면 소정 부위에 수직으로 고정설치된 고정부재, 및 일단이 상기 고정부재의 상부에 회전가능하게 설치되고 타단이 회동축을 통해 상기 고정수단 과 연결되어 상기 고정수단을 회전시키는 회전부재를 포함한다.

그리고, 상기 연산수단은, 상기 이동수단으로부터 상기 고정수단의 위치정보를 제공받아 상기 고정수단이 이동해야 할 정도를 나타내는 정보를 연산하는 측정 대상물 위치 연산부, 상기 연산해 낸 3차원 측정 데이터에서 발생한 측정 사각에 대한 정보를 추출하는 측정 데이터 분석 연산부, 상기 측정 사각 정보에 근거하여 추가 측정을 행할 경로를 연산하는 최적 경로 연산부, 및 상기 영상 획득수단으로부터의 마커의 2차원 위치 정보를 토대로 마커의 3차원 위치 정보를 연산하는 측정 데이터 연산부를 포함한다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 측정 데이터 획득방법은, 이동수단이, 다수의 마커가 부착되고 측정 대상물이 고정된 고정수단을 측정영역으로 이동시키는 제 1과정; 영상 획득수단이, 상기 측정 대상물 및 상기 고정수단의 마커를 포함한 2차원 영상을 획득하는 제 2과정; 연산수단이, 상기 2차원 영상에 근거하여 상기 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 내는 제 3과정; 상기 연산수단이, 상기 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보에 근거하여 상기 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 제 4과정; 및 상기 연산수단이, 상기 연산해 낸 3차원 측정 데이터를 확인하여 측정 사각 영역이 추출되면 해당 측정 사각 영역에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 제 5과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제 5과정은, 상기 측정 사각 영역의 평균점을 구하는 제 1단계; 상기 구한 평균점과 경계를 이루고 있는 삼각형들의 각각의 노멀 벡터의 평균 값을 구하는 제 2단계; 및 상기 구한 노멀 벡터의 평균값의 방향으로 상기 측정 대상물을 회전시키고 상기 측정 사각 영역의 평균점의 위치로 상기 측정 대상물을 이동시키는 제 3단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 측정 데이터 획득장치 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 측정 데이터 획득장치의 구성도로서, 다수개의 마커(36)가 부착되고 측정 대상물(10)을 고정시키는 고정부(12); 그 고정부(12)를 측정영역으로 이동시키고, 측정영역에서 상기 고정부(12)의 위치를 이동시키는 이동부(14); 그 이동부(14)의 구동을 제어하는 이동 제어부(16); 그 측정 대상물(10)과 고정부(12)에 소정의 무늬패턴을 투영하는 투영부(18); 그 고정부(12)의 마커 및 그 측정 대상물(10)의 영상을 촬영하는 촬영부(20); 그 투영부(18)와 촬영부(20)의 구동을 제어하는 구동 제어부(22); 사용자로부터 측정에 관한 정보 및 측정 위치 등의 정보를 입력받고 측정 결과를 사용자에게 가시화 작업을 통해 보여주는 정보 입/출력부(24); 및 그 정보 입/출력부(24)로부터 측정 형상의 회전/이동 등에 관한 정보를 입력받아 측정 대상물(10)의 위치를 이동시키고 그 결과를 정보 입/출력부(24)에게로 전달하는 연산부(26)를 포함한다.

여기서, 상기 고정부(12)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수개의 마커(36)가 부착되고 중공(中空)인 고정구(30), 그 고정구(30)의 양 측부에 형성된 구멍에 삽입되되 수평이동가능하게 삽입되고 그 고정구(30)의 중공 부위에 위치하게 되는 측 정 대상물(10)을 지지하는 지지부재(32), 및 그 지지부재(32)를 고정시키는 노브(34)를 포함한다.

도 2에서는 지지부재(32) 및 노브(34)를 각각 3개로 하였으나, 필요에 따라서는 그 이상의 개수로 하여도 된다.

그리고, 상기 마커(36)는 부착형 마커로서, 2차원 영상에서 효과적으로 특징점을 추출할 수 있게 한다. 그 특징점이라 함은 임의의 방향에서 2차원 영상으로부터 획득한 마커의 이미지로부터 추출해 낼 수 있는 고유한 점이다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이 외주연이 굵게 표시된 원형 마커(A참조)를 사용할 경우에는 원의 중심(또는 타원의 중심점(장축과 단축의 교점))에서 특징점을 추출할 수 있게 한다. 한편, 도 2에 도시한 바와 같이 십자형의 마커(B참조)인 경우 각 십자를 이루고 있는 선의 교점(즉, 검은색과 흰색 영역이 이루고 있는 선들의 교점)에서 획득한 특징점을 추출할 수 있게 한다. 한편, 그 고정부(12)에 부착된 각각의 마커(36)는 상기의 특징점의 위치가 사전에 미리 측정되어 있어 이후의 정렬에 사용되도록 하여도 된다. 물론, 도 2에서는 그 마커(36)를 원형으로 하였으나, 필요에 따라서는 다른 형상으로 하여도 된다.

그리고, 도 2에서는 도시하지 않았으나, 상기 고정부(12)의 소정 부위에는 끼움홈이 형성된다. 그 끼움홈은 후술할 이동부(14)의 회전부재(44)에 형성된 끼움홈(도시 생략)과 대향되게 된다.

도 3은 도 1에 도시된 고정부가 설치된 이동부의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 이동부의 동작 일예를 나타낸 사시도이다.

이동부(14)는 고정부(12)와 물리적으로 결합된다. 그 이동부(14)는 측정영역(3차원 공간임) 내부에서 고정부(12)를 회전 및 상하 승강운동시킨다.

이동부(14)는, 구동 메카니즘(도시 생략)에 의해 회전운동 및 상하 승강운동하는 회전 테이블(40), 그 회전 테이블(40)의 상면 소정 부위에 수직으로 고정설치된 고정부재(42), 및 일단이 그 고정부재(42)의 상부에 회전가능하게 설치되고 타단이 회동축(46)을 통해 상기 고정부(12)와 연결되어 상기 고정부(12)를 회전시키는 회전부재(44)를 포함한다.

도 3에서는 그 회전부재(44)가 기역자 형태로 이루어졌으나, 그 회전부재(44)의 형상은 다르게 하여도 무방하다.

이와 같이 구성된 이동부(14)는 회전이동 및 승강이동을 행한다. 경우에 따라서는 회전이동 또는 승강이동만을 행하기도 한다. 도 3의 상태를 초기상태라고 하였을 때 도 4는 그 초기상태에서 회전이동 및 승강이동이 이루어진 후의 상태를 나타내었다. 즉, 회전 테이블(40)이 회전하거나 상하로 승강하기도 하고, 그 회전부재(44)가 회전하거나 또는 고정부(12)가 회전하게 된다. 그 고정부재(42)의 상단 내부에는 회전 메카니즘(도시 생략)이 설치되어 회전이동2의 축을 중심으로 그 회전부재(44)를 회전시키고, 그 회전부재(44)의 타단 내부에도 역시 회전 메카니즘(도시 생략)이 설치되어 있어 회전이동1의 축(즉, 회동축(46))을 중심으로 그 고정부(12)를 회전시킨다. 그리고, 그 회전 테이블(40)의 저부에는 회전이동3의 축을 중심으로 그 회전 테이블(40)을 회전시킬 수 있는 회전 메카니즘(도시 생략) 및 그 회전 테이블(40)을 상하로 승강시킬 수 있는 승강 메카니즘이 설치된다. 이와 같이 이동부(14)는 해당 측정 장치에서 직교 좌표계로 정의된 측정 영역내에서 측정 대상물(10)과 고정부(12)를 각 축 방향의 회전운동과 한 방향의 병진운동(승강운동)을 담당할 수 있는 구성으로 이루어진다. 여기서, 상기 회전 메카니즘과 승강 메카니즘에 대해서는 도시하지 않았는데, 이는 동종 업계에 종사하는 당업자라면 익히 알려져 있는 종래의 기술을 통해 얼마든지 구현가능하다.

그리고, 상기 이동 제어부(16)는 고정부(12)의 공간이동을 제어하는 것으로서, 상기 이동부(14)의 동작을 제어함으로써 고정부(12)의 위치를 이동시킨다. 그 이동 제어부(16)는 연산부(26)로부터 고정부(12)의 최종 목표 위치정보를 입력받아 작동하며 그 연산부(26)에게로 고정부(12)의 현재 위치 및 각도 등의 자세 정보를 제공한다.

상기 투영부(18)는 상기 측정 대상물(10)의 표면에 대해서 3차원 데이터가 획득될 수 있도록 소정의 무늬 또는 레이저 줄무늬를 투영한다. 이는 LCD 프로젝터와 같은 투영장치를 이용하여 공간 부호화된 광을 측정 대상물(10)의 표면에 투영하거나 레이저 광을 측정 대상물(10)의 표면에 투영하고, 그 측정 대상물(10)의 표면에 형상(즉, 구조화된 패턴)이 맺혔을 때 표면의 형상을 상기 영상 획득부(18)를 통해서 3차원 데이터로서 획득할 수 있도록 하고 있다.

여기서, 상기 투영부(18)는 소정의 무늬를 투영할 수 있는 광원과 패턴필름 및 렌즈로 이루어진 슬라이드 프로젝터나 전자식 LCD 프로젝터, 또는 레이저 줄무늬을 투영할 수 있는 레이저 다이오드를 채용하는 것이 바람직하고, 줄무늬를 갖춘 패턴필름이 소정의 이송수단에 의해 광원과 렌즈의 사이에 이송되면서 일련의 줄무늬가 측정 대상물(10)에 투영되도록 한다. 상기 패턴필름은 다수개의 구간을 갖는 줄무늬 패턴이 가로방향으로 길게 인쇄되어 있거나 각 구간마다 줄무늬가 다중으로 형성되어 있는 형태의 필름을 적용하면 된다.

상기 촬영부(20)는 CCD 카메라 또는 CMOS카메라 등과 같이 영상을 받아들일 수 있는 영상 센서로 이루어진다. 상기 촬영부(20)는 상기 투영부(18)에 대해 별도의 카메라로서 설치되어 있을 수도 있으나, 그 투영부(18)와 일체화시키는 것이 바람직하다. 이는 고정부(12)에 부착된 마커로부터 투영된 2차원 영상의 획득 뿐만 아니라 상기 투영부(18)로부터 투영된 3차원 영상(즉, 투영부(18)로부터 투영된 패턴화된 광이 왜곡되어 나타난 3차원 정보를 가지고 있는 영상)을 획득할 수 있도록 되어 있기 때문에, 장비의 구성이 간편해질 뿐 아니라 동일한 영상 획득 수단을 사용함으로써 별도의 캘리브레이션(calibration : 좌표계 보정) 작업없이 2차원 영상에 있는 임의의 점과 그에 해당되는 3차원 측정 데이터상의 점을 일치시킬 수 있게 된다.

도 5는 도 1에 도시된 연산부의 내부 구성도이다. 연산부(26)는 측정 대상물(10)로부터 획득된 측정 데이터를 분석하여 하나의 좌표계에 자동으로 정렬시키기 위한 전용의 소프트웨어 프로그램을 구동시킨 상태에서, 상기 촬영부(20)로부터 여러 각도에서 촬영된 2차원 영상을 입력받아 분석하여 여러 각도에서 촬영된 각각의 측정 데이터를 하나의 좌표계에 자동으로 정렬하기 위한 연산처리를 수행한다. 상 기 연산부(26)는 마이크로 프로세서인 것으로 보아도 된다.

그 연산부(26)는, 상기 이동 제어부(16)로부터 고정부(12)의 위치정보를 제공받아 고정부(12)가 이동해야 할 정도를 나타내는 이동정보를 연산하고 그 연산된 고정부(12)의 이동정보(이동부(14)의 각 요소에 대한 이동량 및 회전 각도 등의 정보가 포함됨)를 이동 제어부(16)에게로 제공하는 측정 대상물 위치 연산부(26a), 측정 데이터에서 발생한 측정 사각에 대한 정보를 연산하여 레지스터(도시 생략)에 등록하는 측정 데이터 분석 연산부(26b), 그 레지스터(도시 생략)에 등록된 정보를 활용하여 측정 데이터의 경로를 연산하는 최적 경로 연산부(26c), 및 촬영부(20)에서 획득한 마커(36)의 2차원 위치 정보를 토대로 마커(36)의 3차원 위치 정보(즉, 3차원 좌표값)를 연산해 내어 레지스터(도시 생략)에 등록하는 측정 데이터 연산부(26d)를 포함한다.

상기 측정 대상물 위치 연산부(26a)는 사용자의 입력 또는 미리 예약된 위치로 측정 대상물(10)을 이동시키고자 할 경우 목표 위치에 측정 대상물(10)을 위치시키기 위해 이동부(14)의 각 구성요소가 얼마만큼 이동해야 하는지를 결정하는 연산을 수행한다. 이 연산의 출력은 데카르트 좌표계에서 정의된 각 좌표축의 회전각과 좌표계방향의 이동거리를 포함한다.

그 측정 대상물 위치 연산부(26a)의 연산은 크게 두 가지로 나뉘어 질 수 있는데, 사용자의 입력을 받아 목표한 지점으로 측정 대상물(10)을 이동시키는 경우와 미리 약속된 경로로 측정 대상물(10)을 이동 시키는 경우로 나뉘어진다. 두 가지 경우 모두 어떤 임의의 위치로 측정 대상물(10)을 이동시킨다는 점에서 그 기본 적인 연산은 동일하다고 볼 수 있다. 그 연산의 기본이 되는 동작은 다음과 같다. 가상공간 또는 고정부(12)에서 정의된 공간에서 임의의 점 P(Xp, Yp, Zp), Q(Xq, Yq, Zq), R(Xr, Yr, Zr)로 이루어진 삼각형 T(PQR)를 삼각형 T'(P'Q'R')로 이동시키는 위치 변환 행렬을 H라고 하면 H의 역행렬 H^-1은 T'을 T로 이동시키는 위치변환 행렬이 된다. 따라서 위치변환 행렬을 사용하면 임의의 공간에 위치하는 삼각형의 위치를 정의할 수 있을 뿐만 아니라 각 좌표축에 대한 운동 성분으로 분해할 수도 있다. 이는 위치 변환 행렬이 회전, 병진(승강), 팽창/수축의 정보를 모두 포함하고 있기 때문인데, 각 축에 대한 회전 운동량은 좌표계의 회전/병진 이동에 해당하는 행렬의 각 요소에 대한 연립방정식을 통해 구할 수 있다. 따라서, 임의의 목표 입력지점에 대해 삼각형 하나에 대한 이동량(회전/병진)이 결정되면 그 측정 대상물 위치 연산부(26)는 이동부(14)의 각 회전/승강(병진) 메카니즘의 이동량을 연산해 낼 수가 있다.

그리고, 상기 측정 데이터 분석 연산부(26b)에서의 기본적인 연산방법은 다음과 같다. 측정 데이터는 점군이라 불리는 점들의 집합으로 구성되는데, 이때 점군의 인접한 점들을 삼각형으로 이어주면 삼각망이라고 하는 데이터의 집합을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 측정 데이터를 삼각망화한 것으로, 도 6에서 푸른색으로 표시된 부분(1)이 안쪽 경계 영역이고, 붉은색으로 표시된 부분(2)이 바깥쪽 경계 영역이다. 그 안쪽 경계 영역은 측정 대상물(10)의 형상이 존재할 확률이 높은 곳이고, 바깥쪽 경계 영역은 측정대상물(10)의 형상이 존재하지 않을 확률이 높은 곳이다. 따라서 푸른색으로 표시된 경계 영역(1)에 대해서 추가측정을 수행하게 되면 측정 대상물(10)의 측정 사각을 효과적으로 배제할 수 있다. 그 측정 사각으로 판단되는 푸른색 경계 영역(1)의 측정을 위해 상기 측정 데이터 분석 연산부(26b)는 푸른색 경계 영역(1)의 평균점(즉, 측정 사각으로 결정된 영역의 경계를 이루고 있는 점들의 무게 중심(측정 초점))을 구하고, 그 구한 평균점과 경계를 이루고 있는 삼각형들의 각각의 노멀 벡터의 평균값을 구한다. 그리고, 그 노멀 벡터의 평균값의 방향으로 측정 대상물(10)을 회전시키고 그 푸른색 경계 영역(1)의 평균점의 위치로 측정 대상물(10)을 이동시키고 측정을 수행하면 측정 사각에 대한 측정이 완료된다.

한편, 상기 최적 경로 연산부(26c)는 측정 데이터를 분석하여 각각의 측정 경로에서 측정이 이루어지면 해당 측정 경로와 이동부(14)의 각 회전/승강 메카니즘의 이동량(회전/승강(병진))을 레지스터(도시 생략)에 등록한다. 이렇게 등록된 측정 경로는 그 이동량 순으로 정렬하여 같은 물체의 동일한 측정의 반복에 사용된다. 그리고, 상기 최적 경로 연산부(26c)는 전달받은 측정 사각 정보에 근거하여 추가 측정이 필요한 위치로 측정 대상물(10)을 이동시킬 수 있는 경로를 연산해 낸다.

한편, 상기 측정 데이터 연산부(26d)에서 행해지는 세부적인 동작에 대해서는 본 출원인이 국내에 특허출원하여 등록받은 내용(등록번호; 10-0502560호)(발명의 명칭; 광학식 마커를 이용한 3차원 측정 데이터 자동 정렬장치 및 그 방법)에서 주로 도 6 내지 도 8에 대한 설명부분을 참조하면 된다. 다만, 그 등록번호 10-0502560호에서는 광학식 마커를 이용한 것이지만 본 발명에서는 부착형 마커를 이 용하였다는 것이 차이날 뿐 마커에 대한 3차원 측정 데이터를 구하는 방식은 대동소이하다.

본 발명의 실시예에서는 일반적으로 기하학에 사용되는 직교 좌표계(Orthogonal Coordinates System) 중 데카르트 좌표계(Cartesian Coordinates System)를 사용하여 모든 좌표계를 정의한다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 측정 대상물(10)의 좌표계, 촬영부(20)에서 정의된 좌표계, 고정부(12)에서 정의된 좌표계, 정보 입/출력부(24)에서 정의된 가상공간의 좌표계, 및 이동부(14)에서 정의된 좌표계가 존재한다.

상기 측정 대상물(10)의 좌표계(Co)에 대해 설명한다. 측정 대상물(10)은 임의의 3차원 좌표계에서 정의될 수 있는 형상을 가진다. 이때, 측정 대상물(10)을 3차원 좌표값으로 나타내기 위해서는 임의의 기준 좌표계가 필요하게 되는 데 이때의 좌표계를 측정 대상물의 좌표계(Co)라고 한다. 예를 들면, 측정 대상물의 캐드(CAD)에서 사용된 좌표계 또는 측정 대상물의 가공에 사용된 가공 기기의 기기 좌표계 등이 측정 대상물(10)의 좌표계가 될 수 있다.

상기 촬영부(20)에서 정의된 좌표계(Cs)에 대해 설명한다. 3차원 측정기는 측정 대상물(10)의 3차원 형상을 자동으로 묘사하는 장치로서 측정 대상물(10)의 형상을 3차원 좌표값으로 변환하는 역할을 한다. 이때 상술한 측정 대상물(10)의 좌표계(Co)는 임의의 좌표계이므로 특정한 정보없이는 측정 대상물(10)의 좌표계를 알 수 없다. 따라서, 3차원 측정은 별도로 정의된 임의의 좌표계를 사용하여 측정 대상물(10)의 3차원 형상을 묘사할 수 밖에 없는데, 이때 사용되는 좌표계를 측정기 좌표계라고 한다. 일반적으로, 측정기의 좌표계는 측정에 필요한 정보를 획득하는 장치(광학식 측정의 경우 영상 촬영 장치, 접촉식 측정기의 경우 접촉 장치 또는 고정부)로부터 정의하는 것이 이후의 측정점(즉, 2차원 영상으로부터 획득할 수 있는 측정 대상물의 측정 데이터, 마커의 특징점 등)의 계산, 측정 데이터의 정렬 등의 연산이 용이하다. 따라서 광학식 측정기의 경우 측정기의 촬영장치에서 그 좌표계를 정의한다. 이렇게 정의된 좌표계를 측정기의 좌표계 또는 촬영부(20)에서 정의된 좌표계(Cs)라고 한다.

상기 고정부(12)에서 정의된 좌표계(Cj)에 대해 설명한다. 그 좌표계(Cj)는 임의로 정의된 측정 대상물(10)의 좌표계(Co)와 촬영부(20)에서 정의된 좌표계(Cs) 사이의 정렬을 위해서 고정부(12)에 정의한 좌표계로서, 임의의 측정 대상물(10)의 좌표계(Co)와 상대적인 위치의 변화가 없는 좌표계이다. 즉, 측정 대상물(10)의 좌표계를 대체하는 것으로 보면 된다. 이는 본 발명에서 수행하는 자동측정의 연산 편의를 위해서 정의된 좌표계이다.

상기 정보 입/출력부(24)에서 정의된 가상공간의 좌표계(Cv)에 대해 설명한다. 그 좌표계(Cv)는 측정 데이터를 사용자에게 3차원 정보로 표현(3차원 렌더링)해 주기 위해 설정한 좌표계로 가상의 좌표계이다. 이 좌표계(Cv)는 앞서 언급한 그 어떤 좌표계로 대체해도 무방하다. 본 발명에서는 상기 정보 입/출력부(24)에서 정의된 가상공간의 좌표계(Cv)는 상술한 측정 대상물의 좌표계, 촬영부에서 정의된 좌표계, 고정부에서 정의된 좌표계가 정렬된 상태의 좌표계를 3차원 렌더링의 기본 좌표로 사용한다.

마지막으로, 상기 이동부(14)에서 정의된 좌표계에 대해 설명한다. 이동부(14)는 복수 개의 회전 이동장치 및 승강(병진) 이동장치로 구성되어 있는데, 각각의 이동 장치의 작동을 위해 이동장치 내부에 정의된 좌표계이다. 회전 이동장치의 경우 초기 위치로부터 이동한 각도를 정량적으로 결정하기 위해 정의된 좌표계이고, 승강(병진) 이동장치의 경우 초기 위치로부터 이동한 거리를 정량적으로 결정하기 위해 정의된 좌표계이다. 예를 들어, 그 이동부(14)에서 정의된 좌표계는 모터에 부착된 엔코더의 신호를 그 기준으로 하는 좌표계라고 할 수 있는데, 앞서 정의된 좌표계(데카르트 좌표계)와 달리 공간의 위치를 정의해 주기 위한 좌표계가 아닌 모터의 현재 상태(예컨대, 회전축의 위치 등)와 같은 정보를 얻기 위한 좌표계이다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 상술한 좌표계들을 정렬하고 동기화시킨다.

일반적으로, 3차원 측정 데이터는 다수개의 점들의 집합의 형태를 가지는 데 이를 점군(point cloud)라고 한다. 점군을 이루고 있는 각각의 점(point)은 3차원 위치정보 V(x, y, z)를 가진다. 이때, 3차원 위치 정보 V는 촬영부(20)에서 정의된 좌표계(Cs)로부터 추출된 값으로 구성되며, 정렬(registering)이라는 과정을 통하여 상술한 다른 좌표계와의 위치 변환이 가능하게 된다. 이런 위치 변환의 기술은 본 출원인이 국내에 특허출원하여 등록받은 내용(등록번호; 10-0502560호)(발명의 명칭; 광학식 마커를 이용한 3차원 측정 데이터 자동 정렬장치 및 그 방법)을 참조 하면 된다.

본 발명의 실시예에 채용되는 여러 가지 좌표계는 아래와 같은 방법으로 각각의 좌표계를 정렬할 수 있다.

고정부(12)에는 임의의 각도에서 촬영한 2차원 영상으로부터 특징점을 추출할 수 있는 형태의 복수개의 마커(36)가 부착되어 있고, 각각의 마커(36)는 고정부(12)로부터 정의된 임의의 좌표계(Cj)로부터 그 특징점에 3차원 위치정보 J(x, y, z)를 가진다. 한편, 고정부(12)에 부착된 측정 대상물 또한 고유의 좌표계(Co)에서 정의될 수 있는데, 고정부(12)와 상대 이동이 없기 때문에 이 좌표계(Co)는 고정부(12)에서 정의된 좌표계(Cj)와 동일한 것으로 간주할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 고정부(12)가 미리 약속된 임의의 초기 위치로 이동한 뒤 투영부(18)가 측정 대상물(10)과 고정부(12)에 패턴을 투영하고 촬영부(20)에서 고정부(12)와 측정 대상물(10)의 2차원 영상을 측정한다. 이때, 획득한 2차원 영상에서 고정부(12)에 부착된 마커(36)의 특징점을 추출하고 이 특징점을 3차원 측정 데이터에 투영하여 마커의 3차원 위치 정보를 획득하게 된다(등록번호; 10-0502560호의 도 6에 대한 설명 참조). 이렇게 획득한 각 마커의 3차원 좌표 Vm(x, y, z)는 촬영부(20)에서 정의된 좌표계(Cs)로부터 정의된 좌표인 바, 고정부(12)에서 정의된 마커의 3차원 정보 J(x, y, z)와 위치 변환 관계(Hcj)를 가지고 있다(등록번호; 10-0502560호의 도 7 및 도 8에 대한 설명 참조).

이 위치 변환 관계를 이용하면, 좌표계 Cs 와 Cj, Co 간의 정렬을 할 수 있게 되는 데, 이렇게 정렬된 좌표계를 정보 입/출력부(24)에서 가상공간으로 정의된 좌표계(Cv)로 정의한다. 이렇게 좌표계가 정렬되면 측정 데이터를 정보 입/출력부(24)를 통해 출력할 수 있게 되는 데, 이때 출력되는 정보는 가상 좌표계에 정렬된 모습으로 나타나게 된다. 이 과정은 3차원 렌더링이라고 불리는 컴퓨터 그래픽스분야의 여러 가지 기술을 통해 이루어지게 된다.

이렇게 임의의 초기 위치에서 정렬된 측정 데이터와 그 좌표계는 이동부(14)의 각각의 이동장치의 좌표계와 정렬하는 작업이 필요하게 되는데, 본 발명의 이동부(14)는 데카르트 좌표계에서 정의된 각각의 축 회전 이동 장치와 측정기로부터 원/근 거리 방향으로 이동하는 이송 장치로 구성되어 있으므로 각각의 이동장치에서 설정된 좌표계는 초기위치에서 획득한 측정 데이터와 그에 정렬된 가상공간의 좌표계에 있어 각각의 축 방향 회전, 측정 장치로부터의 축방향 거리를 담당하는 좌표계로 정렬될 수 있다. 이는 다음과 같은 과정으로 이루어진다.

도 3에 표시된 두 가지의 좌표계(Cs, Cj)는 초기 위치에서 도면과 같이 구성되어 있다. 이와 같은 상태에서 측정을 수행하게 되면 고정부(12)에 부착된 마커(36)를 통해 측정 데이터를 고정부 좌표계(Cj)에 정렬할 수 있다. 이는 측정 데이터를 획득할 때 함께 획득한 고정부(12)에 부착한 마커(36)의 3차원 위치 정보와 고정부(12)의 좌표계에서 미리 정의된 마커의 3차원 위치 정보에 대한 짝을 찾아내는 과정으로 이루어진다. 3차원 위치정보를 가지는 3개 이상의 마커의 짝을 찾는 과정은 본 출원인이 국내에 특허출원하여 등록받은 내용(등록번호; 10-0502560호)에 설명되어 있다.

이렇게 정렬된 또는 상호 위치 관계가 정의된 두 좌표계는 가상공간의 좌표 계(Cv)에 적절한 렌더링 기술을 통해서 묘사된다. 이때, 가상공간의 좌표계(Cv)는 계산의 편의를 위해 고정부(12)의 좌표계(Cj)와 동일한 좌표계를 사용한다.

그 가상공간의 좌표계(Cv)가 정의되면 사용자의 입/출력을 통해 사용자가 원하는 측정을 위한 임의의 측정 대상물(10)의 위치 이동이 측정기의 측정 영역 내부에서 자유롭게 이루어질 수 있다. 사용자의 입력에 의해 가상공간의 좌표계(Cv)가 임의의 위치로 이동하도록 되었을 때의 동작은 다음과 같다.

예를 들어, 사용자의 입력이 도 4에 표시된 위치로 측정 대상물(10)을 이동하고자 하는 경우 회전이동1의 축이 각도 A, 회전이동2의 축이 각도 B, 회전이동3의 축이 각도 C, 승강(병진)이동의 축이 거리 A 만큼 이동하게 되면 사용자의 입력에 맞게 측정 대상물(10)이 이동할 수 있는 것으로 하면 이 각도 A, 각도 B, 각도 C, 거리 A를 적절히 연산하면 된다. 이는 측정 대상물 위치 연산부(26a)를 통해 이루어지는데, 그 과정은 다음과 같다.

가상공간의 좌표계(Cv)는 상술한 바와 같이 고정부에서 정의된 좌표계(Cj)와 같은 좌표계로 정의되어 있다. 그러므로, 가상공간의 좌표계(Cv)내에서 표현된 측정 대상물(10)의 각 축 방향 회전운동(Rv)(병진운동 아님)은 고정부에서 정의된 좌표계(Cj)의 각각의 축(X, Y, Z)(즉, 데카르트 좌표계(Cartesian Coordinates System)에서 각각의 좌표축을 표현하는 일반적인 표기법)에 대한 회전운동과 그 운동량이 같다. 따라서, 가상공간에서 이동한 각 축 방향의 회전운동 각도를 역연산하여 이동 제어부(16)에게로 각 축이 회전할 각도를 전달하고, 이동부(14)는 이 각도만큼 측정 대상물(10)을 이동시키면 된다. 다만, 이때에는 승강(병진)운동의 축 의 운동에 해당하는 거리 A가 반영되지 않은 상태인데, 이는 다음과 같은 연산을 통해서 이루어진다.

데카르트 좌표계로 정의된 3차원 좌표계 C에 대해서 각 좌표축을 X, Y, Z라 하고, 각 좌표축에 대한 회전각을 ω(X축), φ(Y축), κ(Z축)이라 하면, 각축에 대한 회전 이동이 행렬 형태로 정의된다. 이때, 그 행렬 형태로 정의된 각축에 대한 회전 이동을 회전변환 행렬(R)이라고 하며, 병진운동이 제외된 상태의 회전운동은 이 회전변환 행렬(R)을 구함으로 이루어질 수 있다.

사용자의 입력으로 임의의 좌표 위치 V(x, y, z)를 측정하려고 한다면, 먼저 해당하는 각도로 각 축을 회전하도록 하고 그때의 회전변환 행렬(R)을 구하여 변환된 위치의 V'(x', y', z')을 구한다. 그리고, z'에 해당하는 값을 초기위치에서의 좌표축 정렬에 따른 위치 변환 행렬에서 구한 좌표계(Cs)와 좌표계(Cj)의 Z 축방향 위치만큼 보상한 값이 병진운동으로 이동해야 하는 거리 A가 된다.

이어, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 측정 데이터 획득장치의 동작에 대하여 도 7의 플로우차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

사용자는 정보 입/출력부(24)를 통해 고정부(12)에 부착된 다수의 마커(36)의 3차원 정보(위치 정보)를 입력한다. 그 입력된 각 마커(36)들의 3차원 정보는 연산부(26)에게로 전달되고, 그 연산부(26)에서는 입력된 각 마커(36)들의 3차원 정보를 레지스터(도시 생략)에 등록한다(단계 S10).

그리고, 사용자는 고정부(12)에 측정 대상물(10)을 고정시킨다(단계 S12).

그 후, 사용자가 정보 입/출력부(24)를 통해 측정 개시 명령을 입력하게 되면 연산부(26)는 이동 제어부(16)를 제어하여 이동부(14)로 하여금 고정부(12)를 미리 약속된 초기위치로 이동시킨다(단계 S14).

그리고, 그 연산부(26)는 구동 제어부(22)를 통해 투영부(18)를 점등시켜 측정 대상물(10)과 고정부(12)에게 소정의 무늬패턴을 투영시킨다(단계 S16).

그리고, 그 연산부(26)는 구동 제어부(22)를 통해 촬영부(20)를 구동시키고, 그 촬영부(20)는 측정 대상물(10) 및 고정부(12)의 2차원 영상을 획득한다(단계 S18). 그 촬영부(20)는 그 획득한 측정 대상물(10) 및 고정부(12)의 2차원 영상을 연산부(26)에게로 보낸다.

그에 따라, 그 연산부(26)는 입력된 측정 대상물(10) 및 고정부(12)의 2차원 영상에서 고정부(12)에 부착된 마커(36)의 2차원 위치를 추출한다(단계 S20). 예를 들어, 마커(36)가 포함된 2차원 영상 데이터와 마커(36)가 포함되지 않은 2차원 영상 데이터를 영상처리하여 마커(36)의 2차원 위치를 추출한다.

그리고 나서, 그 연산부(26)는 그 추출한 마커(36)의 2차원 위치를 3차원 측정 데이터에 투영하여 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 낸다(단계 S22). 예를 들어, 2차원 영상 데이터에서 추출된 마커를 이용하여 촬영부(20)의 카메라 중심으로부터 2차원 영상 데이터에서의 임의의 3개 마커에 대한 좌표값과 일직선에 위치하는 3차원 측정 데이터상의 임의의 3차원 좌표값을 추정함에 의해서 해당 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 낸다. 다시 말해서, 통상적으로 마커는 주변과 구별하기 위해 테두리를 가진 원형으로 이루어지므로, 일단 마커와 마커가 아닌 부분으로 처 리하기 위해 이미지를 두가지 값("0", "1")을 가지는 배열로 변환하는 이진화 과정을 거친다. 이진화된 이미지로부터 마커인 부분과 그렇지 않은 부분으로 나눈 후에 마커로 판단된 부분의 이미지를 경계를 따라 타원으로 피팅(fitting)한다. 이는 원형의 마커를 사용한 경우이며 원형 물체는 이미지상에서 타원으로 상이 형성되기 때문이다. 타원 피팅이 완료되면 타원의 중심점(타원의 장축과 단축의 교차점)을 마커의 중심 좌표로 결정한 후에 이미 구해진 3차원 측정 데이터(즉, 단계 S10에서 레지스터에 등록된 각 마커들의 3차원 정보)와 촬영부(20)의 카메라 결합구조(camera geometry)를 이용하여 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 낸다. 여기서, 인접한 두개의 측정 데이터는 3개 이상의 공통된 마커를 포함하는 것이 바람직한데, 이는 3차원 공간상에서 좌표계를 유일한 위치로 정의하기 위해서는 3개 이상의 점이 필요할 뿐만 아니라 대응 마커를 찾는데 긴요하게 사용된다.

그리고, 그 연산부(26)는 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보(좌표값)를 레지스터(도시 생략)에 별도로 등록시킨다(단계 S24).

이어, 그 연산부(26)는 마커(36)를 3개 이상 획득하였는지를 판단한다(단계 S26).

그 판단결과, 마커를 3개 이상 획득한 경우에는(단계 S26에서 "Yes") 연산부(26)는 상기 단계 S24에서 등록시킨 마커의 3차원 위치 정보에 대해 레지스터에 등록된 이전의 3차원 측정 데이터(즉, 현재의 3차원 측정 데이터와 겹치는 데이터)에 따른 마커를 비교하여 상호 짝이 되는 마커를 검색한다(단계 S28).

상호 짝이 되는 마커를 찾게 되면, 그 연산부(26)는 각각의 3차원 측정 데이 터에서 짝이 되는 마커의 위치로부터 이동을 위한 행렬(즉, 위치 변환 행렬)을 계산한다(단계 S30).

그리고 나서, 그 연산부(26)는 그 계산된 위치 변환 행렬을 3차원 측정 데이터에 적용시킨다(단계 S32). 즉, 레지스터에 등록된 3차원 측정 데이터의 위치를 기준 좌표계로 하여 현재의 3차원 측정 데이터를 이동시킨다.

그리고, 연산부(26)는 현재의 3차원 측정 데이터로부터 새롭게 찾은 마커를 레지스터(도시 생략)에 등록시켜서 이전의 3차원 측정 데이터를 새롭게 정렬시킨다(단계 S34).

그리고, 그 연산부(26)는 측정 대상물(10)에 대해서 새롭게 정렬시킨 3차원 측정 데이터를 사용자가 확인할 수 있도록 정보 입/출력부(24)를 통해 디스플레이시킨다(단계 S36).

이어, 그 연산부(26)는 측정 대상물(10)에 대해서 획득한 3차원 측정 데이터에 대한 자동 정렬이 완료되었는지 즉, 기본 측정 경로의 측정이 완료되었는지를 판단한다(단계 S38).

그 판단결과, 상기 측정 대상물(10)로부터 획득한 3차원 측정 데이터에 대한 자동 정렬이 완료되지 않았다고 판단되면(단계 S38에서 "No") 그 연산부(26)는 이동 제어부(16)와 연계하여 이동부(14)를 제어하여 고정부(12)를 다음 측정 경로로 이동(단계 S40)시킨 후에 상술한 단계 S16부터의 동작을 반복적으로 실행시킨다.

반대로, 상기 측정 대상물(10)로부터 획득한 3차원 측정 데이터에 대한 자동 정렬이 완료되었다고 판단되면(단계 S38에서 "Yes") 그 연산부(26)는 측정 완료된 기본 측정 경로의 3차원 측정 데이터를 확인하고(단계 S42), 측정 사각 영역이 있으면 추출한다.

만약, 측정 사각 영역이 추출되면(단계 S44에서 "Yes") 그 연산부(26)는 추출된 측정 사각 영역의 정보를 레지스터(도시 생략)에 등록시킨다(단계 S46).

그리고 나서, 그 연산부(26)는 이동 제어부(16)로 하여금 이동부(14)를 제어하여 고정부(12)를 그 추출된 측정 사각 영역의 위치로 이동시킨다(단계 S48). 그 고정부(12)가 측정 사각 영역의 위치로 이동하는 동안에는 투영부(18) 및 촬영부(20)는 소등되어 있는 것으로 봄이 바람직하다.

그 후, 상술한 단계 S16에서부터 단계 S34까지의 동작을 반복적으로 실행하여 추가적으로 측정된 3차원 측정 데이터를 사용자가 확인할 수 있도록 정보 입/출력부(24)를 통해 디스플레이시킨다(단계 S50).

이후, 그 연산부(26)는 추가적으로 측정해야 할 측정 사각 영역이 존재하는 것으로 판단되면(단계 S52에서 "No") 상기 단계 S48로 복귀하여 그 단계부터의 동작을 반복적으로 수행시킨다.

그러나, 모든 측정 사각 영역에 대한 추가 측정이 완료된 것으로 판단하게 되면(단계 S52에서 "Yes") 연산부(26)는 더 이상의 측정 동작을 수행하지 않고 종료하게 된다.

상기 정렬된 3차원 측정 데이터에서 측정 사각 영역을 효과적으로 찾아내는 방법에 대하여 다시 설명하면 다음과 같다. 3차원 측정 데이터는 일반적으로 점군 (point cloud)이라 불리는 3차원 공간상의 점으로 획득되는 데, 이러한 점군 데이터를 삼각망화(triangulation) 하게 되면 점군 속에서 인접한 점들 사이에 인접한 형상정보를 획득할 수 있다. 이는 삼각망에서 관심있는 점으로 이루어진 삼각형의 모서리 정보를 이용하면 가능한데, 이러한 정보들을 활용하여 점군상의 각각의 점에서 그에 인접한 점에 모서리가 존재하는지 그렇지 않은지의 여부를 판단하게 되면 삼각망(polygon mesh)에서 경계가 되는 부분과 그렇지 않은 부분으로 분류할 수 있게 된다. 이렇게 분류된 경계는 크게 안쪽 경계와 바깥쪽 경계로 분류할 수 있고 일반적인 경우 안쪽 경계는 측정 사각으로 인해 발생한 측정이 되지 않은 영역이 된다.

이렇게 측정이 되지 않은 사각 영역이 결정된 후에는 측정 사각에 해당하는 영역의 경계부분 데이터를 활용하여 추가 측정이 가능하다.

추가 측정을 하기 위해서는 측정 대상물 또는 측정기의 위치 (측정 위치)가 결정되어야 하는 데, 이때 측정 위치는 다음과 같은 방법으로 구해 낼 수 있다.

먼저, 사각으로 결정된 영역의 경계부 점군 데이터로부터 경계를 이루고 있는 각 점들의 무게 중심을 구한다. 무게 중심은 각점의 3차원 좌표의 평균으로 쉽게 구해 질 수 있는데, 이 무게 중심이 측정기가 바라보는 측정 초점(measurement focus)이 된다. 하지만, 하나의 점으로 대표되는 공간상의 각도는 무수히 많으므로 하나의 측정 각도를 정해 주어야 한다. 사각이 이루고 있는 영역의 형상은 알려져 있지 않으므로 사각의 경계로 판단된 영역으로부터 그 형상을 추정할 수 밖에 없다.

사각의 형상을 추정하는 방법으로는 다음과 같은 방법이 있을 수 있다. 먼저, 사각으로 판단된 영역으로부터 경계의 점군 데이터를 획득한 후 경계에 속한 점들의 3차원 좌표로부터 이들 좌표를 가장 잘 묘사하는 3차원 평면을 추정할 수 있다. 이는 잘 알려진 방법인 3차원 평면의 최소 거리 제곱법 등의 방법으로 구해 낼 수 있다. 3차원 평면 요소는 공간상에서 하나의 각도를 나타내는데, 이는 그 평면에 수직인 법선 벡터가 임의의 기준 좌표로부터 이루는 각도로 생각할 수 있다. 따라서, 경계로 이루어진 데이터로부터 생성된 무게 중심 좌표와 평면의 법선 벡터를 이용하면 사각에서의 측정 위치를 결정할 수 있다.

이렇게 결정된 측정 위치를 측정기와 측정 대상물의 상대 위치로 이동시켜야 하는 데, 이 과정은 다음과 같은 방법으로 이루어진다.

일반적인 광학식 3차원 측정기의 측정 원리에 따르면 측정 데이터로부터 그 데이터가 추출된 당시의 측정기 좌표계의 위치를 추출해 낼 수 있다. 이는 측정 데이터가 3차원 측정기에서 정의된 임의의 좌표계로부터 그 좌표를 추출하기 때문인데, 이렇게 추출한 좌표를 역이용한다면 측정 데이터로부터 측정기와의 상호 위치 관계를 추출할 수 있다. 따라서, 사각으로 결정된 부분에서 정의된 점과 좌표는 측정 당시의 측정기와의 위치로부터 상대적으로 정의되어 있는 셈이다. 이런 상호 관계를 이용하면 측정기와 측정 대상물의 상대 위치 좌표를 구해낼 수 있게 된다.

이렇게 구해진 측정기와 측정 대상물의 상대 위치를 이용하면 이동수단의 제어를 통해 측정기 또는 측정 대상물을 해당 위치로 이동시킬 수 있게 된다. 이렇게 변경된 측정기와 측정 대상물의 상대 위치에서 추가 측정을 하게 되면 사각이 발생 한 영역의 측정 데이터를 획득할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예에서는, 측정 사각 영역이 존재하는지에 대하여 연산부(26)에서 판단하여 측정 사각 영역을 추출하도록 하였는데, 이를 사용자의 입력에 의해 행해질 수 있도록 하여도 된다. 즉, 상기 단계 S36에서 정보 입/출력부(24)를 통해 측정 대상물(10)에 대하여 새롭게 정렬된 3차원 측정 데이터가 디스플레이되는데, 이때 가상공간의 좌표계에 표시된 측정 데이터(즉, 정보 입/출력부(24)에 표시된 측정 데이터)는 측정 대상물(10)의 좌표계와 정렬되어 있으므로 이 정렬된 좌표계를 이용하면 사용자의 입력에 의해 이동부(14)를 제어할 수 있는 정보를 추출할 수 있다. 다시 말해서, 상기 단계 S36에서 정보 입/출력부(24)에 디스플레이되고 있는 측정 대상물(10)에 대하여 새롭게 정렬된 3차원 측정 데이터를 사용자가 확인한다. 그 결과, 기본 측정 경로의 측정이 완료되었으면 상기 단계 S42에서의 데이터 확인을 사용자가 한다. 그에 따라, 측정 사각 영역이 존재하여 추가 측정이 필요하다고 판단되면 사용자는 직접 정보 입/출력부(24)를 조작하여 추가 측정을 원하는 위치로의 표시변경 정보를 입력한다. 그 입력된 변경 정보는 그 정보 입/출력부(24)에 디스플레이된다. 이어, 사용자는 현재 디스플레이되고 있는 정보 입/출력부(24)상의 변경 정보를 보고서 그 디스플레이되고 있는 영역(즉, 추가 측정해야 할 영역)에 대하여 추가 측정 명령을 키입력한다. 그에 따라, 연산부(26)는 현재 정보 입/출력부(24)상에 디스플레이되고 있는 영역으로 고정부(12)가 이동해야 할 위치를 연산한 후에 이동 제어부(16)를 통해 이동부(14)를 제어하여 고정 부(12)를 추가 측정 영역으로 이동시킨다. 그 고정부(12)가 추가 측정 영역(즉, 측정 사각 영역)의 위치로 이동된 후에는 상술한 단계 S16부터의 동작을 반복적으로 실행하면 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 마커가 부착된 고정부에 측정 대상물을 고정시킨 후에 그 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 획득하여 자동 정렬함으로써, 측정 과정에서 측정 대상물의 불필요한 위치 변경이 제거되어 보다 정밀한 측정이 가능하게 된다.

그리고, 자동 정렬된 3차원 측정 데이터를 분석하여 측정 사각 영역이 존재하면 재차 고정부를 해당 측정 사각 영역으로 이동시켜 측정 사각 영역에 대한 추가 측정을 수행함으로써, 측정 사각이 제거된 완전한 측정이 행해진다.

Claims (8)

1. 다수의 마커가 부착되고 측정 대상물을 고정시키는 고정수단;

   상기 고정수단을 측정영역으로 이동시키고, 상기 측정영역에서 상기 고정수단의 위치를 이동시키는 이동수단;

   상기 측정 대상물 및 상기 고정수단의 마커를 포함한 2차원 영상을 획득하는 영상 획득수단; 및

   상기 영상 획득수단으로부터의 2차원 영상에 근거하여 상기 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 내고, 상기 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보에 근거하여 상기 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내며, 상기 연산해 낸 3차원 측정 데이터를 확인하여 측정 사각 영역이 추출되면 해당 측정 사각 영역에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고정수단은, 다수개의 마커가 부착되고 중공인 고정구, 상기 고정구의 양 측부에 형성된 구멍에 삽입되되 수평이동가능하게 설치되고 상기 고정구의 중공 부위에 위치하게 되는 측정 대상물을 지지하는 지지부재, 및 상기 지지부재를 고정시키는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 이동수단은, 회전운동 및 상하 승강운동하는 회전 테이블, 상기 회전 테이블의 상면 소정 부위에 수직으로 고정설치된 고정부재, 및 일단이 상기 고정부재의 상부에 회전가능하게 설치되고 타단이 회동축을 통해 상기 고정수단과 연결되어 상기 고정수단을 회전시키는 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 연산수단은, 상기 이동수단으로부터 상기 고정수단의 위치정보를 제공받아 상기 고정수단이 이동해야 할 정도를 나타내는 정보를 연산하는 측정 대상물 위치 연산부, 상기 연산해 낸 3차원 측정 데이터에서 발생한 측정 사각에 대한 정보를 추출하는 측정 데이터 분석 연산부, 상기 측정 사각 정보에 근거하여 추가 측정을 행할 경로를 연산하는 최적 경로 연산부, 및 상기 영상 획득수단으로부터의 마커의 2차원 위치 정보를 토대로 마커의 3차원 위치 정보를 연산하는 측정 데이터 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득장치.
5. 이동수단이, 다수의 마커가 부착되고 측정 대상물이 고정된 고정수단을 측정영역으로 이동시키는 제 1과정;

   영상 획득수단이, 상기 측정 대상물 및 상기 고정수단의 마커를 포함한 2차원 영상을 획득하는 제 2과정;

   연산수단이, 상기 2차원 영상에 근거하여 상기 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 내는 제 3과정;

   상기 연산수단이, 상기 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보에 근거하여 상기 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 제 4과정; 및

   상기 연산수단이, 상기 연산해 낸 3차원 측정 데이터를 확인하여 측정 사각 영역이 추출되면 해당 측정 사각 영역에 대한 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 제 5과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 측정 사각 영역을, 상기 3차원 측정 데이터를 삼각망화하여 형성시킨 형상정보에서 모서리가 존재하지 않는 영역으로 하고,

   상기 제 5과정은,

   상기 측정 사각 영역의 경계를 이루고 있는 점들의 무게 중심을 구하는 제 1단계;

   상기 구한 무게 중심과 경계를 이루고 있는 삼각형들의 각각의 법선 벡터의 평균값을 구하는 제 2단계; 및

   상기 구한 법선 벡터의 평균값의 방향으로 상기 측정 대상물을 회전시키고 상기 무게 중심의 위치로 상기 측정 대상물을 이동시키는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득방법.
7. 다수의 마커가 부착되고 측정 대상물을 고정시키는 고정수단;

   상기 고정수단을 측정영역으로 이동시키고, 상기 측정영역에서 상기 고정수단의 위치를 이동시키는 이동수단;

   상기 측정 대상물 및 상기 고정수단의 마커를 포함한 2차원 영상을 획득하는 영상 획득수단;

   측정에 관한 정보 및 측정 위치의 정보를 입력받고 측정 결과를 디스플레이시키는 정보 입/출력수단; 및

   상기 영상 획득수단으로부터의 2차원 영상에 근거하여 상기 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 내고, 상기 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보에 근거하여 상기 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 연산하여 상기 정보 입/출력수단을 통해 디스플레이시키고, 외부에서의 입력에 의해 상기 정보 입/출력수단상에 표시되는 측정 사각 영역에 대하여 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득장치.
8. 이동수단이, 다수의 마커가 부착되고 측정 대상물이 고정된 고정수단을 측정영역으로 이동시키는 제 1과정;

   영상 획득수단이, 상기 측정 대상물 및 상기 고정수단의 마커를 포함한 2차원 영상을 획득하는 제 2과정;

   연산수단이, 상기 2차원 영상에 근거하여 상기 마커의 3차원 위치 정보를 연산해 내는 제 3과정;

   상기 연산수단이, 상기 연산해 낸 마커의 3차원 위치 정보에 근거하여 상기 측정 대상물에 대한 3차원 측정 데이터를 연산하여 정보 입/출력수단을 통해 디스플레이시키는 제 4과정; 및

   상기 연산수단이, 외부에서의 입력에 의해 상기 정보 입/출력수단상에 표시되는 측정 사각 영역에 대하여 3차원 측정 데이터를 연산해 내는 제 5과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 데이터 획득방법.

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