KR100933704B1 - 3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그 - Google Patents

Abstract

본 발명의 3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그(10)는 원형의 플레이트 형상으로, 그 표면에 한쌍의 V홈이 평행하게 형성된다.

멀티 레이저 비전 시스템을 이용하여 검증 지그(10)를 계측하면, 검증 지그(10)가 원형 플레이트 형상이기 때문에, 그 원주면에 경계점들을 피팅시킴으로써 각 경계점들에 대한 오차를 정확하게 파악할 수 있게 되며, 내부점에 대한 계측 정도는 검증 지그(10)의 치수가 정해져 있으므로, 특이점을 기준으로 내부점의 정도 파악이 가능하며, V홈(14)과 같이 경사지게 구성함으로서 레이저 띠가 맺히게 되어 계측 정도를 용이하게 파악할 수 있는 효과를 가진다.

MLVS, 계측 정도 검증 지그, V홈, 내부점, 경계점

Description

3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그{ZIG FOR INSPECTING MEASUREMENT DEGREE OF 3 DIMENSIONAL SHAPE MEASUREMENT SYSTEM}

본 발명은 3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티 레이저 비전 시스템(Multi Laser Vision System: 멀티-LVS)을 구비한 비접촉식 3차원 계측 형상 시스템에 있어서, 곡판 부재의 3차원 형상을 계측하고, 그 계측 정도를 검증 시, 모서리의 계측 정도 및 내부점의 계측 정도를 정확하고 용이하게 파악할 수 있는 3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그에 관한 것이다.

통상적으로, 선박의 외부 패널은 추진저항을 감소시켜 수중을 효율적으로 항해하도록 하기 위해 복잡한 비전개성 곡면을 가지는 약 10mm 내지 30mm 두께의 곡판부재로 구성되며, 이러한 곡면의 외부 패널을 형성하기 위해서는 일반적으로 선형 가열이라고 하는 가공법을 통해 가스 버너 등을 이용하여 강판의 표면을 국부적으로 가열해서 발생되는 소성변형으로 인한 강판의 면외각변형 또는 면내수축변형을 통해 소망하는 형상으로 가공하고 있다.

또한, 위와 같이 가공된 선박의 곡판 부재에 대해서는 원하는 형태로 정확한 가공이 되었는지 여부에 대한 계측이 필요한데, 종래 이러한 선박의 곡판 부재의 계측 및 제작에는 줄자, 수공구, 나무재질의 상형곡형 등을 이용한 사람에 의한 계측이 수행되고 있어 선박의 곡판 부재 계측 및 제작에 많은 시간이 소요되며, 계측에 대한 정확성도 떨어지는 등 많은 어려움이 있었다.

특히, 선박의 선수미 부분에 사용되는 곡판 부재는 그 형상이 더욱 다양하여 부위별로 사전 제작된 나무 재질의 상형곡형을 이용하여 가공하고, 계측하게 되는데, 상기 상형곡형의 재질이 대부분 나무로 제작되며 원하는 곡면 형상 부재로의 정확한 가공을 위해 하나의 곡판 부재가 완성될 때까지 다수번 반복적으로 사용됨에 따라, 주변 온도와 작업자의 관리 소홀 등과 같은 여러 가지 주변 요인에 의하여 소성변형이 일어나게 되어 형상 오차가 유발되는 등, 정확한 가공 및 계측이 어려운 문제점이 있었다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 일환으로, 작업자에 의해 가공된 곡판 부재를 비접촉 방식으로 정확하게 측정할 수 있도록 하는 멀티 레이저 비전 시스템을 이용한 비접촉 3차원 계측 장치가 제안된 바 있다. 상기 멀티 레이저 비전 시스템을 이용한 비접촉 3차원 계측 장치에서는 정해진 레일을 따라 이동하는 다수의 레이저 비전 시스템이 장착된 겐트리 로봇(gantry robot)이 하부에 놓여지는 곡판 부재에 대해 스캐닝(scanning)을 수행하여 3차원 형상 계측을 수행하도록 하고 있다.

하지만 이러한 멀티 레이저 비전 시스템은 4개의 레이저 다이오드 및 카메라를 통해 곡판 부재에 대해 연속적인 스캐닝을 수행하고, 이를 통해 3차원 형상 계측을 수행하는데, 이러한 레이저 다이오드 및 카메라를 통해 입력되는 하나의 영상은 캘리브레이션 및 설치 오차로 인해 일렬로 정렬되지 않아서, 3차원 형상의 계측에 어려움이 있었다.

이에 따라, 각각의 레이저 비전 시스템의 사이마다 보조 레이저 다이오드를 각각 부가 설치하여 스캐닝된 영상의 정합을 용이하게 수행하고 있지만, 이 역시 계측 오차가 존재하여 보다 손쉽게 3차원 형상의 계측 정도에 대해 편리한 검증의 필요성이 대두되고 있다.

이에 본 발명은, 이러한 필요성에 대응하고자 안출된 것으로서, 멀티-LVS를 이용하여 곡판 부재의 3차원 형상을 계측함에 있어 그 계측 정도를 정확하고 용이하게 검증할 수 있는 멀티-LVS의 계측 정도 검증 지그를 제공함에 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 관점에 따르면, 본 발명의 3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그는 원형의 플레이트 형상으로, 그 표면에 한쌍의 V홈이 평행하게 형성되어, 상기 지그를 이용하여 계측된 경계점들은 상기 원형 플레이트의 원주면에 피팅시키고, 내부점들은 상기 V홈에 맞추어 계측 정도를 파악한다.

본 발명의 검증 지그는 각각의 레이저 비전 시스템에 의해 스캐닝된 계측 영상내에 위치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 각각의 LVS에 의해 스캐닝된 계측 영상내에 본 발명의 계측 정도 검증 지그를 위치시켜, 경계점은 원형 플레이트의 원주면에 피팅시키고, 내부점은 원형 플레이트의 표면에 형성된 V홈에 정합함으로써 3차원 형상의 계측 정도를 손쉽고 편리하게 검증할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작 원리를 상세히 설명한다.

도 1은 멀티 레이저 비전 시스템을 구비하는 비접촉식 3차원 형상 계측 시스템의 사시도로서, 겐트리 로봇(102)과, 멀티 레이저 비전 시스템(104)과, 레이저빔 출사부(106) 및 열가공 로봇(114)을 포함한다.

도 1을 참조하면, 선박의 곡판 부재에 대한 3차원 형상 계측을 수행하는 비접촉식 3차원 형상 계측 시스템은 피계측물인 곡판 부재(108)가 놓여지는 바닥 플레이트(110) 양측에 일정한 길이의 레일(112)이 형성되어 있으며, 이러한 레일(112)의 상부에는 레일(112)을 따라 전후로 이동할 수 있는 겐트리 로봇(102)이 설치된다.

위와 같은, 겐트리 로봇(102)의 Y축 사각빔의 하부면에는 피계측물인 곡판 부재(108)의 3차원 형상을 스캐닝하기 위한 멜티 레이저 비전 시스템(104)이 배치 된다. 멀티 레이저 비전 시스템(104)은 레이저 다이오드를 통해 레이저빔(104a)을 출사하는 레이저빔 출사부(106)와 피계측물인 곡판 부재(108)에 조사되어 나타나는 레이저빔 영상을 촬영하는 CCD 카메라(도시하지 않음)로 구성되는 레이저 비전 시스템이 다수개가 조합된 레이저 비전 시스템을 의미하는 것으로, 본원 발명의 3차원 형상 계측 시스템에서는 일예로서, 4개의 레이저 비전 시스템(104)을 등간격으로 일렬 배치되도록 하여 상대적으로 면적이 큰 피계측물인 선박 등의 곡판 부재(108)를 3차원 스캐닝할 수 있다.

도 2는 도 1의 멀티 레이저 비전 시스템의 각각의 레이저빔 출사부에 의해 바닥 플레이트에 조사된 레이저빔의 상태를 나타내고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 레이저빔 출사부(106)가 3차원 형상 계측을 위해 레이저빔(104a)을 각각 출사하면, 바닥 플레이트(110)에는 다수의 레이저빔(104a)이 조사되며, 인접하는 레이저빔(104a)들은 서로 중복된다. 다수의 CCD 카메라(도시하지 않음)는 곡판 부재에 조사된 레이저빔(104)의 영상을 촬영하여 3차원 계측부에 전달하면, 이 3차원 계측부에서는 곡판부재(108)를 스캐닝한 레이저빔 영상을 입력받아 곡판 부재(108)에 대한 3차원 계측을 수행한다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같은 발명의 바람직한 일실시예에 따른 검증 지그를 이용하여 멀티 레이저 비전 시스템의 계측 정도를 검증한다. 본 발명의 검증 지그(10)는 원형의 플레이트 형상으로, 그 표면에 서로 소정거리 이격된 한쌍의 V홈(14)이 평행하게 형성되며, 이러한 지그(10)를 이용하여 계측된 경계점들은 원형 플레이트의 원주면(12)에 피팅(fitting)시키고, 내부점들은 원형 플레이트의 표면 에 형성된 V홈(14)을 이용하여 스캐닝된 레이저빔 영상의 계측 정도를 파악한다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 비전 시스템을 이용하여 곡판 부재(108)를 계측하게 되면, 부재에 해당하는 계측점이 100,000~200,000개 얻어진다.

이와 같은 계측 시스템의 정도를 판단하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 검증 지그(10)를 정반(110)위에 올려놓고 동일한 방법으로 계측 작업을 수행하여 지그에 해당하는 계측점을 얻는다.

이와 같은 경우 본 발명 검증 지그(10)가 원형 플레이트 형상이기 때문에, 모서리 계측의 정도가 파악된다. 즉 검증 지그(10)를 측정한 데이터 중에서 경계점들만을 이용해서 원호를 생성한다. 이때 원호의 반지름은 검증 지그(10)값을 이용하고, 원호의 중심값은 경계 계측점(X)의 중심값이다. 이를 이용해서 도 4에 도시된 바와 같이 원형 플레이트 형상의 검증 지그(10)의 원주면에 경계점들을 피팅(fitting)시켜 보면 계측점(X)에서 검증 지그(10)의 원까지의 거리값(Δ)이 경계점들에 대한 계측오차가 되므로, 각 경계점들에 대한 오차를 정확하게 파악할 수 있게 된다.

한편, 내부점에 대한 계측 정도는 검증 지그(10)를 측정한 데이터 중에서 내부점들을 이용해서 파악한다. 검증 지그(10)에 V홈(14)이 형성되어 있으므로, 즉, 도 5에 도시된 바와 같은 검증 지그(10)의 3개의 특이점 중, 특이점 사이의 폭(L)과 깊이(H)를 기준으로, 예를 들어 측정 테이터값의 폭과 깊이를 각각 (L')와 (H')라 하면, 그 차이(L-L')와 (H-H')가 내부 계측의 오차이므로, 내부점에 대한 계측오차의 파악이 가능하다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

도 1은 멀티 레이저 비전 시스템이 구비된 비접촉식 3차원 형상 계측 시스템을 나타내는 사시도이고,

도 2는 도 1의 멀티 레이저 비전 시스템의 각각의 레이저빔 출사부의 레이저빔이 출사되는 상태를 나타내는 개략도이고,

도 3은 도 1의 3차원 형상 계측 시스템을 이용하여 스캔닝된 계측 영상에 대한 레이저 띠가 맺힌 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 검증 지그를 나타내는 사시도이고,

도 4는 도 2의 검증 지그의 원주면에 경계점이 피팅되는 것을 설명하는 개략도이고,

도 5는 도 2의 검증 지그에 형성된 V홈에 의해 내부점의 계측 정도가 파악됨을 설명하는 개략도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

10 : 계측 정도 검증 지그 14 : V홈

102 : 겐트리 로봇 104 : 멀티 곡판 부재

106 : 레이저빔 출사부 108 : 곡판 부재

112 : 레일 114 : 열가공 로봇

Claims (2)

1. 3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그에 있어서,

   상기 검증 지그는 원형의 플레이트 형상으로, 그 표면에 한쌍의 V홈이 평행하게 형성되어,

   상기 지그를 이용하여 계측된 경계점들은 상기 원형 플레이트의 원주면에 피팅시키고,

   내부점들은 상기 V홈에 맞추어 계측 정도를 파악하는 것을 특징으로 하는

   3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 검증 지그는 각각의 레이저 비전 시스템에 의해 스캐닝된 계측 영상내에 위치되는 것을 특징으로 하는

   3차원 형상 계측 시스템의 계측 정도 검증 지그.

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