KR101078424B1 - 레이저 비전 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 비전 장치가 개시된다. 대상물에 조사하기 위한 슬릿 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기; 상기 대상물에 조사된 상기 슬릿 레이저빔의 패턴을 촬영하기 위한 카메라; 및 상기 카메라에 의하여 촬영될 수 있는 복수개의 측정영역이 형성되도록 상기 카메라의 전방에 소정의 간격만큼 상호 이격되어 배치되는 복수개의 하프 미러를 포함하는 레이저 비전 장치는 서로 인접한 복수개의 측정영역을 형성함으로써 측정영역을 크게 향상시킬 수 있고, 특히 비주얼 트래킹(visual tracking)에 사용하는 경우 측정 영역을 극대화 할 수 있어 트래킹 시간을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 대상물과의 거리 또는 크기에 따라 복수개의 측정영역 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 적용함으로써 레이저 비전 장치의 운용 폭이 넓어질 수 있고, 특히 레이저 비전 장치와 가까운 측정영역에 있어서는 높은 해상도로 대상물을 계측할 수 있다. 또한, 복수개의 측정영역을 형성하기 위해 복수개의 카메라를 설치함이 없이 카메라의 전방에 설치되는 복수개의 하프 미러와 같은 간단한 구성을 이용함으로써 장비의 크기를 줄일 수 있고, 제작 비용도 절감 할 수 있다.

레이저 비전, 카메라, 레이저 발생부

Description

레이저 비전 장치{Laser vision apparatus}

본 발명은 레이저 비전 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 측정영역이 향상되도록 구성된 레이저 비전 장치에 관한 것이다.

조선산업을 비롯한 다양한 산업분야에서는 작업능률을 향상시키고 작업환경을 개선하기 위한 자동화 기술이 개발되고 있다. 이와 관련하여 카메라에 보이는 구조광으로서 슬릿 레이저를 사용하여 광삼각법의 원리로 대상물의 3차원 형상을 측정하는 레이저 비전 장치가 공지되어 있다.

이와 같은 레이저 비전 장치는 일반적으로 이동로봇에 장착되어 고정된 대상물에 접근하여 측정하도록 형성된 이동식과 지지물에 고정설치되어 다가오는 대상물을 측정하도록 형성된 고정식의 두 가지 타입이 있다.

도 1은 종래의 레이저 비전 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 레이저 비전 장치는 면 형태의 슬릿 레이저빔(112)을 발생시키는 레이저 발생기(102) 및 상기 레이저 발생기(102)의 일 측에 이격되어 설치되는 카메라(101)를 포함하도록 구성된다.

상기 카메라(101)는 일정한 화각으로 이루어진 촬영영역(132)를 가지고, 상기 슬릿 레이저빔(112)은 상기 카메라(101)의 광축(L)과 일정한 각도를 이루며 상기 촬영영역(132)을 가로질러 주사된다.

이 때, 상기 촬영영역(132) 중 상기 슬릿 레이저빔(112)과 접하는 부분(135)(이하,'측정영역'이라고 한다.)에 대상물이 위치하는 경우에 카메라(101)가 대상물에 조사된 슬릿 레이저빔(112)에 관한 2차원 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 분설함으로써 대상물의 크기, 형상 등을 측정할 수 있다.

도 1을 참조하면, 이와 같은 측정영역(135)은 슬릿 레이저빔(112)이 형성하는 면과 카메라(101)의 광축(L)이 이루는 각도(α)(이하, '분리각'이라고 한다.)에 의해 결정된다. 이 때, 분리각이 작아지면 측정영역이 넓어지는 반면 분리각이 커지면 측정영역이 좁아진다는 것은 공지된 내용이다.

이러한 측정영역은 레이저 비전 장치의 설계시 미리 결정되는 사항으로서, 특히 이동식 레이저 비전 장치의 경우 측정영역을 벗어나 위치하는 대상물을 측정하기 위해서는 레이저 비전 장치를 대상물 측으로 이동하는 과정이 필요하다. 이와 같은 이동은 단번에 이루어질 수도 있으나, 여러 번에 걸쳐 이루어질 수 있기 때문에 대상물을 측정하기 위해 많은 시간이 소모되는 문제가 있었다.

또한, 고정식 레이저 비전 장치의 경우 사용 과정에서 설계 당시 결정된 측정영역을 벗어나 이동하는 대상물을 측정하기 위해서는 보다 넓은 측정영역을 갖는 레이저 비전 장치로 교체하거나 이를 커버할 수 있는 다른 레이저 비전 장치를 추가로 설치해야 하기 때문에 많은 시간과 비용이 소모되는 문제점이 있었다.

한편, 레이저 비전 장치 설계 당시 분리각을 작게하여 측정영역을 넓히는 경우에는 상대적으로 떨어지는 측정정밀도를 보상하기 위해 큰 화각을 갖는 광각렌즈를 구비한 고화질 카메라를 사용해야 하기 때문에 과도한 비용이 발생된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 넓은 측정영역을 갖는 레이저 비전 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 측정 대상물과의 거리에 따라 측정영역을 선택적으로적용할 수 있는 레이저 비전 장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 대상물에 조사하기 위한 슬릿 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기; 상기 대상물에 조사된 상기 슬릿 레이저빔의 패턴을 촬영하기 위한 카메라; 및 상기 카메라에 의하여 촬영될 수 있는 복수개의 측정영역이 형성되도록 상기 카메라의 전방에 소정의 간격만큼 상호 이격되어 배치되는 복수개의 하프 미러를 포함하는 레이저 비전 장치가 제공된다.

상기 복수개의 측정영역으로부터 촬영된 영상이 각각 상기 카메라측으로 전달되는 것을 방지하기 위해 상기 하프 미러 각각의 일 측에 개폐가능하게 설치되는 셔터를 더 포함할 수 있다.

상기 복수개의 측정영역은 인접한 두 개의 측정영역이 접하거나 일부 겹치도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 하프 미러는 각각 상기 카메라에 대해 소정의 각도를 가지고 배치될 수 있다.

상기 카메라는 상기 복수개의 측정영역 중 적어도 어느 하나에 위치하는 대상물에 조사된 슬릿 레이저빔의 패턴을 촬영하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 서로 인접한 복수개의 측정영역을 형성함으로써 측정영역을 크게 향상시킬 수 있고, 특히 비주얼 트래킹(visual tracking)에 사용하는 경우 측정 영역을 극대화 할 수 있어 트래킹 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.

또한, 대상물과의 거리 또는 크기에 따라 복수개의 측정영역 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 적용함으로써 레이저 비전 장치의 운용 폭이 넓어질 수 있고, 특히 레이저 비전 장치와 가까운 측정영역에 있어서는 높은 해상도로 대상물을 계측할 수 있다.

또한, 복수개의 측정영역을 형성하기 위해 복수개의 카메라를 설치함이 없이 카메라의 전방에 설치되는 복수개의 하프 미러와 같은 간단한 구성을 이용함으로써 장비의 크기를 줄일 수 있고, 제작 비용도 절감 할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치를 측면에서 바라본 개략적인 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치(1)는 슬릿 레이저빔(20)을 발생하는 레이저 발생기(10), 상기 레이저 발생기(10)와 이격되어 설치되는 카메라(30) 및 상기 카메라(30)의 전방에 설치되는 하프 미러(40)를 포함하도록 구성된다.

상기 레이저 발생기(10)는 레이저 다이오드를 포함하도록 구성되며, 비구면 렌즈와 여러가지 렌즈를 사용하여 슬릿 레이저 빔(20)을 만들어낸다. 이 때, 상기 슬릿 레이저 빔(20)은 대상물에 조사되어 대상물의 크기, 형상 등을 측정하기 위한 구조광으로 사용된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 발생기(10)와 이격되어 카메라(30)가 설치된다. 상기 카메라(30)는 대상물에 조사된 슬릿 레이저빔 패턴에 관한 2차원 영상을 촬영하기 위한 것으로서, 바람직하게 CCD카메라이다.

이 때, 상기 카메라(30)는 640 X 480의 해상도를 가질 수 있으나 이는 예시에 불과하며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카메라(30)의 전방에는 소정의 간격만큼상호 이격되어 배치되는 복수개의 하프 미러(40)가 설치된다. 상기 하프 미 러(40)는 상기 카메라(30)에 의해 촬영가능한 복수개의 측정영역을 형성하기 위한 구성으로서, 미러 측으로 입사되는 빛의 일부를 반사하고 나머지는 투과시키도록 형성된다.

보다 상세히 도 2를 참조하면, 상기 하프 미러(40)는 상기 카메라(30)에 가까운 순서로 배치된 제 1, 2 및 3 하프 미러(41, 42, 43)로 이루어진다. 다만, 이는 예시에 불과하며, 필요에 따라 다양한 개수의 하프 미러를 사용할 수 있다.

도 2를 참조하면, 이와 같이 배치되는 상기 제 1, 2 및 3 하프 미러(41, 42, 43)는 각각 상기 슬릿 레이저빔(20) 측으로 연장되는 촬영영역(71, 72, 73)을 형성하고, 이러한 촬영영역(71, 72, 73)은 각각 상기 슬릿 레이저빔(20)과 교차하면서 제 1, 2 및 3 측정영역(61, 62, 63)을 형성한다.

이 때, 상기 제 1, 2 및 3 측정영역(61, 62, 63)은 인접한 두 개의 측정영역이 접하거나 일부 겹치도록 형성된다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1, 2 및 3 하프 미러(41, 42, 43)는 상기 카메라(30)의 광축에 대해 소정의 각도를 이루도록 설치된다.

이와 같이 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치(1)는 상기 제 1, 2 및 3 측정영역(61, 62, 63)을 모두 포함하는 최대측정영역 전체에 걸쳐 효과적으로 측정작업을 수행할 수 있다.

또한, 상기 제 1, 2 및 3 하프 미러(41, 42, 43)는 각각 상기 제 1, 2 및 3 측정 영역(61, 62, 63)으로부터 획득되는 영상을 상기 카메라(30) 측으로 보내기 위해 소정의 반사율과 투과율을 갖는다.

예를 들어, 상기 카메라(30)에서 가장 먼 위치에 있는 상기 제 3 하프 미러(43)는 100% 반사율 및 0% 투과율을 가질 수 있다. 이 때, 상기 제 1 및 2 하프 미러(41, 42)는 각각 상기 제 3 측정영역(63)에서 획득된 영상이 카메라(30)측으로 투과되도록 함과 동시에 상기 제 1 및 2 측정영역(61, 62)으로부터 각각 획득되는 영상을 상기 카메라(30) 측으로 보내기 위해 소정의 반사율 및 투과율을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1, 2 및 3 측정영역(61, 62, 63)으로부터 촬영된 영상이 각각 상기 카메라(30)측으로 전달되는 것을 방지하기 위해 상기 제 1, 2 및 3 하프 미러(41, 42, 43)의 일측에는 각각 셔터(50)가 설치된다.

이 때, 상기 셔터(50)는 전자셔터로서 전기적 신호에 의해 자동적으로 개폐될 수 있고, 상기 레이저 비전 장치(1)를 운용하는 과정에서 제 1, 2 및 3 셔터(51, 52, 53)는 각각 동시에 개방되거나 순차적으로 개방되는 등 다양한 형태로 개폐될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치의 일부 변형례를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 제 1 하프 미러(41)의 일측에는 빛을 전반사하는 제 1 미러(91)가 추가로 설치될 수 있다.

이 때, 상기 제 1 미러(91)는 상기 제 1 하프 미러(41)에 의해 방향전환되는 상기 카메라(30)의 광축을 상기 카메라(30)에서 멀어지는 방향으로 연장되도록 함으로써 분리각을 증가시키고 측정영역을 확대시킬 수 있다.

이와 같이 추가로 설치되는 전반사 미러는 상기 제 2 및 3 하프 미러(42, 43)의 일측에 각각 설치될 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치의 사용 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 대상물(81)이 제 1 측정영역(61)에 위치하게 된다.

이 때, 레이저 발생기(10)에서 발생된 슬릿 레이저빔(20)이 상기 대상물(61)의 표면에 조사되고, 상기 대상물(61)에 조사된 슬릿 레이저빔(20)의 패턴에 관한 2차원 영상이 상기 제 1 하프 미러(41)에 의해 상기 카메라(30)로 전달된다. 이 때, 상기 제 1 셔터(51)는 개방되어야 하지만 다른 셔터들(52, 53)은 닫혀있을 수 있다.

또한 도 5를 참조하면, 대상물(83)이 제 3 측정영역(63)에 위치하게 된다. 이 때, 상기 대상물(83)에 조사된 슬릿 레이저빔(20)의 패턴에 관한 2차원 영상이 상기 제 3 하프 미러(43)에 의해 상기 카메라(30)로 전달되면서 상기 대상물(83)의 크기 및 형상 등을 측정할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 시스템은 서로 인접한 복수개의 측정영역을 형성함으로써 측정영역을 크게 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 시스템은 이동로봇에 장착되는 이동식으로 이루어지는 경우에도 넓은 측정영역을 구비함으로써 대상물을 찾기 위한 이동과정을 단축시킬 수 있어 측정시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

도 1은 종래 레이저 비전 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치에 대한 개략적인 측면도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치의 일부 구성에 대한 변형례를 나타내는 도면이고,

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 비전 장치의 개략적인 작동과정을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저 발생기 20 : 슬릿 레이저빔

30 : 카메라 40 : 하프 미러

50 : 셔터

Claims (5)

1. 대상물에 조사하기 위한 슬릿 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기;

   상기 대상물에 조사된 상기 슬릿 레이저빔의 패턴을 촬영하기 위한 카메라;

   상기 카메라에 의하여 촬영될 수 있는 복수개의 측정영역이 형성되도록 상기 카메라의 전방에 소정의 간격만큼 상호 이격되어 배치되는 복수개의 하프 미러; 및

   상기 복수개의 측정영역으로부터 촬영된 영상이 각각 상기 카메라측으로 전달되는 것을 방지하기 위해 상기 하프 미러 각각의 일 측에 개폐가능하게 설치되는 셔터를 포함하는 레이저 비전 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 측정영역은 인접한 두 개의 측정영역이 접하거나 일부 겹치도록 형성되는 레이저 비전 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 하프 미러는 각각 상기 카메라에 대해 소정의 각도를 가지고 배치되는 레이저 비전 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 카메라는 상기 복수개의 측정영역 중 적어도 어느 하나에 위치하는 대상물에 조사된 슬릿 레이저빔의 패턴을 촬영하도록 형성되는 레이저 비전 장치.

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