KR100994741B1 - 3차원 측정기를 이용하여 측정 대상의 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 미지의 곡선을 측정하는 방법 - Google Patents

3차원 측정기를 이용하여 측정 대상의 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 미지의 곡선을 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 3차원 측정기로 미지의 2차원 곡선(Unknown curve)을 측정하는 곡선 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 파라메터를 입력받는 제1단계; 입력된 시작점을 측정하는 제2단계; 다음 측정점 진행방향을 계산하는 제3단계; 두번째 측정점의 위치를 계산하는 제4단계; 두번째 측정점을 측정하는 제5단계; 측정진행방향과 측정방향을 산출하여 다음 측정점을 계산하는 제6단계; 상기 다음 측정점을 측정한 후 끝점인지 판단하는 제7단계; 및 끝점이 아니면 상기 제6단계를 반복하여 끝점까지 측정하는 제8단계를 구비하고, 현재 측정점을 측정한 후 현재 측정점과 이전 2 측정점으로 2개의 벡터를 계산하는 단계; 2 벡터 사이의 각도를 산출하는 단계; 및 산출된 각도가 입력된 경사계수보다 크면 현재 측정점을 삭제하고 측정간격을 조절한 후 재측정하는 단계를 더 구비할 수 있다.

Description

3차원 측정기를 이용하여 측정 대상의 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 미지의 곡선을 측정하는 방법{The method of measuring unknown curve with measurement step optimization based on the surface curvature using 3 dimensional coordinate measuring machine}
본 발명은 3차원 측정기에서 곡선형태의 제품을 측정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 3차원 측정기로 미지의 2차원 곡선(Unknown curve)을 측정하는 곡선 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 3차원 측정기(Coordinate Measuring Machine, CMM)는 물체의 표면 위치를 검출하는 기능을 가진 센서(프로브)가 3차원 공간을 이동하면서 측정점의 좌표를 검출하고 컴퓨터를 통해 그 데이터를 처리함으로써 크기나 위치, 방향 등을 측정하는 만능 측정기이다.
한편, 기계 분야에서 곡선 제품은 CAD 모델을 이용한 데이터 추출을 통하여 측정 및 평가가 이루어질 수 있다. 그러나 2D상의 도면만 존재하거나 리버스 엔지니어링(Reverse Engineering) 분야에서는 측정하고자 하는 부위의 곡선 데이터를 추출할 수 없기 때문에 미지의 2차원 곡선(Unknown curve)에 대한 측정은 수동으로 측정해야 하므로 시간적으로 낭비되고, 측정의 정확도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 3차원 측정기로 미지의 2차원 곡선(Unknown curve)을 정확하게 측정하는 곡선 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 파라메터를 입력받는 제1단계; 입력된 시작점을 측정하는 제2단계; 다음 측정점 진행방향을 계산하는 제3단계; 두번째 측정점의 위치를 계산하는 제4단계; 두번째 측정점을 측정하는 제5단계; 측정진행방향과 측정방향을 산출하여 다음 측정점을 계산하는 제6단계; 상기 다음 측정점을 측정한 후 끝점인지 판단하는 제7단계; 및 끝점이 아니면 상기 제6단계를 반복하여 끝점까지 측정하는 제8단계를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 제1단계는 시작점, 끝점, 수직벡터방향, 측정벡터방향, 측정간격, 경사계수를 입력받는 것이고, 상기 제7단계는 현재 측정점과 입력한 끝점 사이의 거리가 최대 입력 간격보다 작게 되면 정지하는 것이다.
그리고 상기 제3단계는 측정진행방향 = 수직방향 벡터 × 측정방향 벡터로 구할 수 있고, 상기 방법은, 현재 측정점을 측정한 후 현재 측정점과 이전 2 측정점으로 2개의 벡터를 계산하는 단계; 2 벡터 사이의 각도를 산출하는 단계; 및 산출된 각도가 입력된 경사계수보다 크면 현재 측정점을 삭제하고 측정간격을 조절한 후 재측정하는 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명은 측정하고자 하는 2차원 곡선의 시작점, 끝점, 2차원 평면의 정보, 측정 방향 벡터 정보를 사용, 벡터 연산을 수행하여 지정된 시작점에서 끝점까지의 곡선을 지정한 간격으로 측정이 가능하게 할 수 있고, 자동 측정이 진행되는 경로에서 측정침(Probe)의 진행 경로 벡터의 정보를 이용하여 곡선의 곡률 변화를 실시간으로 계산하여 곡률이 완만한 구간에서는 넓은 간격으로 측정하고 곡률의 변화가 심해지는 구간에서는 좁은 간격으로 측정하게 할 수 있다.
따라서 본 발명은 미지의 2차원 곡선을 자동으로 측정하므로서 기존의 수작업에 대비한 시간적인 이익과 측정 정확도의 향상을 도모할 수 있으며, 또한 곡률 변화에 따른 측정 간격의 자동 조절을 통하여 정확한 곡선의 좌표를 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전형적인 3차원 측정기의 개략도,
도 2는 본 발명에 따라 미지의 2차원 곡선을 측정하는 절차를 도시한 순서도,
도 3은 본 발명에 따라 미지의 2차원 곡선을 측정하기 위한 알고리즘의 설명도,
도 4는 본 발명에 의해 곡률에 따라 측정간격을 자동으로 조절하는 절차를 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 의해 곡률에 따라 측정간격을 자동으로 조절하는 알고리즘의 설명도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전형적인 3차원 측정기의 개략도로서, 본 발명에 따른 3차원 측정기(100)는 작업대(130) 위에 놓여진 피측정물(200)에 접촉되어 피측정물(200)의 표면위치를 검출하는 측정센서(120)와, 측정센서(120)를 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시키는 구동 메커니즘(110)과, 장비의 속도, 가속도, 위치 제어 등을 전자적으로 제어하는 컨트롤러(도시생략함)와, 컨트롤러에 연결되는 컴퓨터(140)로 구성된다. 컴퓨터(140)에는 측정 프로그램이 탑재되어 있으며, 측정센서(120)는 확대도면에서와 같이 프로브(122)와 스타일러스(124), 및 볼(126)로 이루어진다.
도 1을 참조하면, 3차원 측정기(100)를 이용하여 여러 포인트 값을 측정하기에 앞서 3차원 측정기(100)의 원점 좌표(0, 0, 0) 위치와 피측정물(200)의 원점(0, 0, 0)을 일치시킨다. 그리고 측정하고자 하는 피측정물(200)에 대한 캐드 파일을 로딩한 후 도시되지 않은 마우스 등과 같은 입력수단을 이용하여 로딩된 그래픽 상에서 사용자가 측정하고자 하는 모든 면의 데이터 값을 입력한다.
이렇게 측정 포인트를 입력한 후 프로브(122)와 스타일러스(124) 및 볼(126)로 이루어진 측정센서(120)를 구동 메카니즘(110)에 의해 X축과 Y축 및 Z축 방향으로 이동시켜 가면서 볼(126)이 작업대(130) 위에 있는 피측정물(200)에 접촉되는 순간지점의 좌표값을 구해 표면 위치를 측정한다.
도 2는 본 발명에 따라 미지의 2차원 곡선을 측정하는 절차를 도시한 순서도이다.
본 발명의 곡선 측정 절차는 도 2에 도시된 바와 같이, 파라메터를 입력받는 제1단계(S11)와, 입력된 시작점을 측정하는 제2단계(S12)와, 다음 측정점 진행방향을 계산하는 제3단계(S13)와, 두번째 측정점의 위치를 계산하는 제4단계(S14)와, 두번째 측정점을 측정하는 제5단계(S15)와, 측정진행방향과 측정방향을 산출하여 다음 측정점을 계산하는 제6단계(S16)와, 상기 다음 측정점을 측정한 후 끝점인지 판단하는 제7단계(S17)와, 끝점이 아니면 상기 제6단계(S16)를 반복하여 끝점까지 측정하는 제8단계(S18)로 구성된다.
도 2를 참조하면, 먼저 미지의 곡선에 대한 자동 측정 알고리즘에 대하여 설명을 하고자 한다. 사용자는 곡선 자동 측정을 위해 다음 표1과 같이 최소한의 필요 정보를 입력해야 한다(S11).
파라메터명 정 의
시작점, 끝점 2D 곡선상의 측정을 하기 위한 양 끝점
수직 방향 벡터
 2D 곡선이 놓인 평면의 방향 벡터
측정 방향 벡터 시작점을 측정하기 위한 방향 벡터
측정 간격 최대, 최소 : 측정점들간의 간격
경사 계수 측정 간격 자동 조절 판단을 위한 곡률 판단 계수
곡선의 자동 측정은 시작점으로 입력한 부위를 측정하면서 시작되며, 끝점에 도달했을 때 종료되게 된다. 시작점의 측정 방향은 입력한 측정 방향을 이용하고, 첫점 측정 후의 다음 점 측정을 위한 진행 방향은 다음 수학식1과 같이 구한다(S12,S13).
Figure 112010028705153-pat00001
두 번째 점의 위치는 앞에서 구한 진행 방향으로 입력한 측정 간격(최소와 최대 간격의 평균)만큼 진행한 후에 첫번째 측정점의 측정 방향과 동일한 방향으로 측정을 한다(S14,S15).
세 번째 점의 측정부터는 앞에서 측정한 첫째, 둘째 점을 이용하여 측정 진행 방향(Gijk2=Cijk) 및 측정 방향(Tijk2)을 유추할 수 있다(S16).
세 번째 점 이후부터의 측정 진행방향 및 측정 방향은 앞의 설명과 동일한 계산으로 구할 수 있다(S17,S18). 이러한 측정은 측정 전 접근 거리, 측정 후 후퇴 거리, 그리고 측정할 위치를 찾기 위한 검색 거리, 측정 간격을 조절하여 원활하게 실행되게 할 수 있다 .
마지막 점에서의 정지는 현재 측정점과 입력한 끝점 사이의 거리가 최대 입력 간격보다 작게 되면 정지하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따라 미지의 2차원 곡선을 측정하기 위한 알고리즘의 설명도이다.
도 3에서 Pijk는 곡선이 놓인 평면의 방향이고, Tijk는 시작점 측정방향이며, Gijk는 첫번째 측정점에서 두번째 측정점을 측정하기 위한 이동방향이고, Gijk2(Cijk)는 첫번째 측정점에서 두번째 측정점의 결과로 구한 세번째 측정점 측정을 위한 이동방향이다, Tijk2는 세번째 측정점 측정을 위한 측정방향이다
도 4는 본 발명에 의해 곡률에 따라 측정간격을 자동으로 조절하는 절차를 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명에 의해 곡률에 따라 측정간격을 자동으로 조절하는 알고리즘의 설명도이다.
본 발명에 의해 곡률에 따라 측정간격을 조절하는 절차는 도 4에 도시된 바와 같이 현재 측정점을 측정한 후 현재 측정점과 이전 2 측정점으로 2개의 벡터를 계산하는 단계(S21,S22)와, 2 벡터 사이의 각도를 산출하는 단계(S23)와, 산출된 각도가 입력된 경사계수보다 크면 현재 측정점을 삭제하고 측정간격을 조절한 후 재측정하는 단계(S24~S27)로 구성된다.
도 5를 참조하면, 곡선의 곡률이 급하게 변하는 경우 측정점들 간의 간격이 넓게 되어 일정한 간격 유지 및 정확한 곡선 계산에 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 현재 측정점과 이전 두 개의 측정점을 이용하여 구한 두 개의 벡터 사이의 각도가 앞서 입력한 경사 계수의 값보다 크게 되면 현재 측정한 점은 삭제하고, 측정 간격을 최소간격으로 하여 재측정을 한다. 이렇게 함으로써 측정점들 간의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100: 3차원 측정기 110: 구동메커니즘
120: 측정센서 122: 프로브
124: 스타일러스 126: 볼
130: 작업대 140: 컴퓨터

Claims (5)

  1. 파라메터를 입력받는 제1단계;
    입력된 시작점을 측정하는 제2단계;
    다음 측정점 진행방향을 계산하는 제3단계;
    두번째 측정점의 위치를 계산하는 제4단계;
    두번째 측정점을 측정하는 제5단계;
    측정진행방향과 측정방향을 산출하여 다음 측정점을 계산하는 제6단계;
    상기 다음 측정점을 측정한 후 끝점인지 판단하는 제7단계; 및
    끝점이 아니면 상기 제6단계를 반복하여 끝점까지 측정하는 제8단계를 구비하여 측정하며,
    상기 파라메터는 2D 곡선상의 측정을 하기 위한 양 끝점인 시작점과 끝점, 2D 곡선이 놓인 평면의 방향 벡터인 수직벡터방향, 시작점을 측정하기 위한 방향 벡터인 측정벡터방향, 측정점들간의 간격인 측정간격, 측정 간격 자동 조절 판단을 위한 곡률 판단 계수인 경사계수인 것을 특징으로 하고,
    작업대(130) 위에 놓여진 피측정물(200)에 접촉되어 피측정물(200)의 표면위치를 검출하는 측정센서(120)와, 측정센서(120)를 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시키는 구동 메커니즘(110)과, 장비의 속도, 가속도, 위치 제어를 전자적으로 제어하는 컨트롤러와, 컨트롤러에 연결되는 컴퓨터(140)로 구성된 3차원 측정기를 이용하여 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 미지의 곡선을 측정하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제7단계는
    현재 측정점과 입력한 끝점 사이의 거리가 최대 입력 간격 보다 작게 되면 정지하는 것을 특징으로 하는 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 미지의 곡선을 측정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는
    측정진행방향 = 수직방향 벡터 × 측정방향 벡터으로 구하는 것을 특징으로 하는 곡률에 따라 측정 간격을 자동으로 조절하여 미지의 곡선을 측정하는 방법.
  5. 삭제
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