KR101116684B1 - 비접촉식 3차원 스캐너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반인들도 쉽게 사용할 수 있으며, 빠른 속도로 촬영대상물을 스캔할 수 있도록 구조가 개선된 비접촉식 3차원 스캐너에 관한 것이다. 본 발명에 따른 비접촉식 3차원 스캐너는 프레임과, 프레임에 회전 가능하게 결합되며, 촬영대상물이 놓이는 플레이트와, 플레이트를 회전시키는 제1구동수단과, 촬영대상물로 패턴 광을 투사하는 투사유닛과, 패턴 광이 조사된 촬영대상물을 촬영하며, 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 카메라와, 카메라에 의해 촬영된 영상 데이터를 인가받아 촬영대상물의 3차원 형상을 생성하는 제어부를 포함한다.

스캐너, 3차원, 카메라, 패턴 광

Description

비접촉식 3차원 스캐너{Contactless 3-dimension scanner}

본 발명은 촬영대상물의 3차원 형상을 형성하는 비접촉식 3차원 스캐너에 관한 것이다.

최근 들어 제품 개발 및 생산기지의 분산화라는 국제적 추세에 따라 제조업체들은 세계 곳곳에 진출하여 신제품 개발을 위한 연구소 내지 양산생산을 위한 공장을 설립하여 운영중이며, 이들 간의 신속한 정보 교환은 신제품의 개발단계나 양산생산 준비단계에서 무엇보다 중요한 역할을 차지하고 있다. 이와 같은 신속한 정보교환은 제조업체와 이에 부품을 납품하는 납품업체간에도 절실히 요구되고 있다. 현재 2차원 정보인 서류나 도면을 원하는 곳까지 신속하게 전달하기 위해서 팩스가 사용되고 있지만, 3차원 정보가 담긴 시제품을 원하는 곳까지 전송하거나 받아 보려면 이를 직접 운송하여야 하기 때문에, 거리가 멀어지면 멀수록 소모되는 운송시간도 늘어나 신속한 정보교환이 이루어지지 않는 실정이었다. 따라서, 3차원 형상을 갖는 시제품을 읽어들여 디지털 데이터로 전환시킨 후 원하는 곳까지 전송하기 위한 3차원 스캐너가 개발 및 사용되고 있다.

초기의 3차원 스캐너는 한 대의 CCD 카메라와 한 대의 프로젝터로 구성되었 으며, 촬영대상물에 패턴 광을 조사한 상태에서 촬영대상물의 영상을 촬영하고, 이를 기초로 3차원 형상을 형성하였다. 하지만, 상기와 같은 방식의 경우 프로젝터의 특성상 화면의 떨림이나 수시로 변하는 초점거리 때문에 보정이 매우 까다롭다는 문제가 있었다. 상기 문제를 해결하기 위하여, 최근 들어 공개번호 제2001-0009721호에 개시된 바와 같이, 두 대의 CCD 카메라를 이용하는 방식의 3차원 스캐너가 개발 및 사용되고 있다.

한편, 3차원 스캐너를 이용하여 촬영대상물을 스캔하기 위해서는, 촬영대상물을 한 바퀴 돌려가면서 촬영해야하며, 이때 촬영 각도를 정확하게 조절하여야 한다. 하지만, 종래의 경우에는 상기 과정 즉, 촬영대상물을 돌리는 과정과 CCD 카메라의 각도를 조절하는 과정이 모두 수작업에 의해 이루어졌다. 따라서, 숙련된 전문가들이 아닌 일반인들은 3차원 스캐너를 사용하기가 매우 어렵다는 문제점이 있을 뿐 아니라, 전문가들이라고 하더라도 촬영대상물을 스캔하는데 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 일반인들도 쉽게 사용할 수 있으며, 빠른 속도로 촬영대상물을 스캔할 수 있도록 구조가 개선된 비접촉식 3차원 스캐너를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비접촉식 3차원 스캐너는 프레임과, 상기 프레임에 회전 가능하게 결합되며, 촬영대상물이 놓이는 플레이트와, 상기 플레이트를 회전시키는 제1구동수단과, 상기 프레임에 결합되며, 상기 촬영대상물로 패턴 광을 투사하는 투사유닛과, 상기 패턴 광이 조사된 촬영대상물을 촬영하며, 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 카메라와, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 데이터를 인가받아 상기 촬영대상물의 3차원 형상을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 한 쌍의 카메라 사이의 간격을 조절하는 제2구동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 한 쌍의 카메라가 이격된 방향을 회전축 방향으로 하여 상기 한 쌍의 카메라를 회전시키는 제3구동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 촬영대상물을 스캔하기 위하여 CCD 카메라 의 간격 및 촬영 각도를 조절하는 과정이 용이해지며, 촬영대상물을 스캔하는데 소요되는 시간이 감소된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 3차원 스캐너의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 플레이트의 개략적인 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이며, 도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도이며, 도 5는 패턴 광을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 비접촉식 3차원 스캐너(100)는 프레임(10)과, 플레이트(20)와, 제1구동수단과, 투사유닛(40)과, 한 쌍의 카메라(50)와, 제2구동수단과, 제3구동수단과, 제어부를 포함한다.

프레임(10)은 바닥부(11)와, 가림벽(12)을 가진다. 바닥부(11)는 판 형상으로 형성된다. 가림벽(12)은 'ㄷ'자 형상으로 형성되며, 플레이트(20) 위에 놓인 촬영대상물을 감싸도록 설치된다. 또한, 프레임에는 투사유닛(40)이 배치되는 수납부(13)가 마련되어 있으며, 상기 수납부(13)에 회전가능하도록 흰지(141) 결합되는 회전판(14)이 마련되어 있다.

플레이트(20)는 촬영대상물이 놓이는 곳이다. 플레이트는 원판 형상으로 형성되며, 프레임(10)에 대하여 회전가능하게 설치된다. 그리고, 플레이트의 상면에는 하방으로 오목하게 형성되는 지지홈부(21)가 마련되어 있다.

제1구동수단은 플레이트(20)를 회전시키기 위한 것으로, 본 실시예의 경우 모터(30)가 제1구동수단으로 채용된다. 모터(30)의 구동축(31)은 플레이트(20)에 연결되며, 모터의 구동시 플레이트가 회전하게 된다.

투사유닛(40)은 촬영대상물로 패턴 광을 조사하기 위한 것이다. 패턴 광이란 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 격자 무늬 형태로 음영(그레이코드)이 반복되거나, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 줄무늬 형태로 음영이 반복되는 광을 의미한다. 본 실시예의 경우, 상기 투사유닛으로는 LCD 프로젝터(40)가 채용된다. 다만, 본 실시예와 달리, 소정 광원에 의해 일정시간 간격으로 투사되는 줄무늬 패턴이 인쇄된 패턴 필름을 투사유닛으로 사용할 수도 있다.

카메라는 패턴 광이 조사된 촬영대상물을 촬영하기 위한 것으로, 본 실시예의 경우 CCD 카메라(50)가 사용된다. 상기 CCD 카메라(50)는 한 쌍 구비되며, 후술하는 바와 같이 서로 이격되게 설치된다.

제2구동수단은 한 쌍의 CCD 카메라(50) 사이의 간격을 조절하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 케이스(61)와, 모터(62)와, 스크류(63)와, 너트(64)로 이루어진다. 케이스(61)는 프레임의 회전판(14)에 결합되며, 길이방향으로 길게 형성된 관통공(611)이 형성되어 있다. 모터(62)는 한 쌍 구비되며, 케이스 내부의 양측에 하나씩 배치된다. 스크류(63)는 한 쌍 구비되며, 모터(62)에 하나씩 연결된다. 너트(64)는 한 쌍 구비되며, 각 스크류(63)에 하나씩 삽입된다. 모터의 구동시 스크류(63)가 회전하게 되며, 이에 따라 너트(64)가 도 3의 화살표(s) 방향으로 이동하게 된다. 그리고, 각 너트(64)에는 CCD 카메라(50)가 결합되어 있으며, 너트(64)가 이동됨에 따라 CCD 카메라(50) 사이의 간격이 조절된다.

제3구동수단은 촬영 각을 조절하기 위하여, 한 쌍의 CCD 카메라(50)를 CCD 카메라가 서로 이격된 방향, 즉 흰지(141)의 축 방향을 회전축 방향으로 하여 회전시키기 위한 것이다. 본 실시예의 경우, 제3구동수단으로는 실린더(71)와 로드암(72)을 가지는 피스톤(70)이 채용된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤은 프레임의 내부에 설치된다. 로드암(72)의 승강시 회전판이 흰지(141)를 중심으로 회전하게 되며, 이에 따라 CCD 카메라(50)가 회전하게 된다.

제어부(미도시)는 CCD 카메라, 모터 및 피스톤과 전기적으로 연결된다. 제어부는 모터 및 피스톤으로 구동신호를 출력하며, 이에 따라 플레이트의 회전, CCD 카메라 사이의 간격 및 촬영 각이 조절된다. 또한, 제어부는 CCD 카메라에서 촬영된 영상 데이터를 인가받으며, 이 영상 데이터를 토대로 하여 촬영대상물의 3차원 형상을 생성한다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 비접촉식 3차원 스캐너의 경우, CCD 카메라 사이의 간격 및 촬영 각이 구동수단에 의해 자동으로 조절되며, 플레이트와 함께 촬영대상물이 자동적으로 회전하게 된다. 따라서, 일반인들도 CCD 카메라를 용이하게 사용할 수 있을 뿐 아니라, 촬영대상물을 스캔하는데 소요되는 시간도 감소되게 된다.

또한, 플레이트에 오목한 지지홈부(21)가 형성되어 있으므로, 구와 같이 바닥이 둥근 형상의 촬영대상물을 플레이트 위에 용이하게 위치 고정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

예를 들어, 앞서 설명한 실시예의 경우에는 제3구동수단으로 피스톤이 채용되었으나, 구동시 회전판이 회전되도록 구동축이 흰지에 연결되는 모터가 제3구동수단으로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 3차원 스캐너의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 플레이트의 개략적인 단면도이다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이다.

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도이다.

도 5는 패턴 광을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...비접촉식 3차원 스캐너 10...프레임

20...플레이트 30...모터

40...투사유닛 50...CCD 카메라

61...케이스 62...모터

63...스크류 64...너트

70...피스톤

Claims (4)

1. 프레임;

   상기 프레임에 회전 가능하게 결합되며, 촬영대상물이 놓이는 플레이트;

   상기 플레이트를 회전시키는 제1구동수단;

   상기 촬영대상물로 패턴 광을 투사하는 투사유닛;

   상기 패턴 광이 조사된 촬영대상물을 촬영하며, 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 카메라;

   상기 카메라에 의해 촬영된 영상 데이터를 인가받아 상기 촬영대상물의 3차원 형상을 생성하는 제어부; 및

   상기 한 쌍의 카메라가 이격된 방향을 회전축 방향으로 하여 상기 한 쌍의 카메라를 회전시키는 제3구동수단;을 포함하며,

   상기 플레이트에는 하방으로 오목하게 형성되는 지지홈부가 마련되어 있으며,

   상기 제3구동수단은 승강 가능하며, 승강시 상기 한 쌍의 카메라가 결합된 회전판을 상기 회전축을 중심으로 회전시키는 로드암을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 3차원 스캐너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 한 쌍의 카메라 사이의 간격을 조절하는 제2구동수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 3차원 스캐너.
3. 삭제
4. 삭제

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