KR101300224B1 - 고유좌표계를 가진 이종기기 사이의 공간좌표 동기화용 기구 - Google Patents

Abstract

고유좌표계를 가진 이종기기 사이의 공간좌표를 동기화시키는 좌표동기화 기구가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 좌표동기화용 기구는 좌표동기화대상물이 재현성 있게 고정되도록 상기 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 이식받을 기기상에 마련된 부분으로서 상기 기기상에서의 좌표를 알고 있는 고정부에 대응하는 구조를 갖는 고정수단을 구비한 기준 플레이트;와, 상기 기준 플레이트가 결합된 베이스부;와, 상기 좌표동기화대상물이 상기 기준 플레이트와 공간적으로 이격되도록 그 상대적 위치를 제한하는 적어도 세 개 이상의 기준마커부; 및 상기 기준 플레이트 주변으로 상기 베이스부에 구비되고, 상기 기준마커부가 연결되어 상기 기준 플레이트 상에서 정해진 방향으로만 상기 기준마커부가 이동가능하도록 각각 제한하는 기준마커부 서포터;를 포함한다.

Description

고유좌표계를 가진 이종기기 사이의 공간좌표 동기화용 기구{Device for synchronization of coordinates among various instruments which have their own coordinates systems respectively}

본 발명은 좌표동기화용 기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기기 좌표계를 따르는 기준원점과 좌표동기화대상물의 좌표데이터로부터 추출되는 목적원점 사이의 위상학적 관계를 매개체와 결합된 좌표동기화대상물 안에 재현가능하게 포함시킴으로써 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 손쉽게 기기의 좌표계로 이식시킬 수 있는 좌표동기화용 기구에 관한 것이다.

CAD/CAM 기술의 발전은 산업 전반에 걸쳐 커다란 혁신을 불러왔으며, CAD/CAM 기술은 비단 생산을 목적으로 하는 산업분야에 국한되지 않고 개개의 환자에 최적화된 보철기구를 제작하는 의학분야에도 확산되고 있다.

치과분야에서도 CAD/CAM 기술이 발전함에 따라 이의 활용이 주된 관심으로 떠오르고 있는데, 이를 위해서는 필연적으로 구강내 인상모델의 3차원 스캐닝이 필수적이다. 이와 같이 영상을 통한 설계 및 가공은 정밀도와 효율면에서 유리할 뿐만 아니라 피시술자의 내원 회수를 줄이는 등 그 편의성이 종래 방식에 비해 월등히 향상되기 때문에 널리 보급될 것이라 예상된다.

그런데 구강내 조직 또는 구강내 인상모델을 3차원 스캐닝하여 얻은 영상을 바탕으로 컴퓨터상에서 설계한 가공데이터(가공벡터)를 그대로 인상모델에 적용하기 위해서는 반드시 영상의 좌표데이터를 가공장치의 좌표계에 동기화시키는 과정이 수반되어야 한다.

종래에는 이러한 좌표동기화라는 목적을 달성하기 위한 일환으로 스캐닝 장치와 가공장치를 일체화시켜 하나의 좌표계를 공유하도록 만들기도 하였다. 그러나 이러한 방법은 전용장비로서의 가치만이 있기 때문에 범용성과 호환성은 전혀 기대할 수 없고, 장비마저도 고가를 형성하기 때문에 널리 보급되기에는 태생적인 한계가 있다.

한편 다른 대안으로는 가공장치 좌표계와 스캐닝 장치 좌표계 사이의 관계를 미리 알고 있다는 전제 하에, 가공대상물을 특정 위치에 놓고 스캐닝을 함으로써 스캐닝 장치에 대한 가공대상물의 좌표데이터를 가공장치의 좌표계로 이식하기도 하였다. 그러나 이런 방법은 필수적으로 가공장치 좌표계와 스캐닝 장치 좌표계 사이의 관계를 미리 알고 있어야 한다는 제약이 따르고, 가공장치와 스캐닝 장치 중 어느 하나라도 변경되면 좌표계 변환을 처음부터 다시 설정해야만 한다는 단점이 있다. 즉 이러한 방법 역시 범용성과 호환성에 한계를 가진다는 것은 마찬가지다.

한편 가공대상물의 좌표데이터를 정의하는 좌표계와는 전혀 연관성이 없는 독립된 좌표계로 위 좌표데이터를 이식시키는 것은 비단 가공에만 국한되는 것은 아니다. 이를 테면, 좌표데이터가 취득된 대상물을 다른 장치로 이송하였을 경우 이송된 대상물의 좌표데이터를 이 장치의 좌표계로 이식할 필요가 있는 것이다.

따라서 후술될 본 발명의 일 적용분야로서 예시된 치과분야만이 아니라 고유좌표계를 가진 이종기기 사이의 공간좌표를 동기화시킬 필요가 있는 경우는 매우 다양하게 존재한다. 그러나 아직까지는 범용성과 호환성을 두루 가지면서 효율성 또한 높은 좌표동기화 방법 및 이를 구현할 기구장치는 소개되고 있지 않으므로, 이에 대한 개발이 시급한 실정이다.

따라서 본 발명은 고유좌표계를 가진 이종기기 사이의 공간좌표를 효율적으로 동기화시킬 수 있는 좌표동기화용 기구로서, 범용성과 호환성을 두루 가져 다양한 분야에 적용될 수 있는 신규한 좌표동기화용 기구를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 좌표동기화용 기구는, 좌표동기화대상물이 재현성 있게 고정되도록 상기 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 이식받을 기기상에 마련된 부분으로서 상기 기기상에서의 좌표를 알고 있는 고정부에 대응하는 구조를 갖는 고정수단을 구비한 기준 플레이트;와, 상기 기준 플레이트가 결합된 베이스부;와, 상기 좌표동기화대상물이 상기 기준 플레이트와 공간적으로 이격되도록 그 상대적 위치를 제한하는 적어도 세 개 이상의 기준마커부; 및 상기 기준 플레이트 주변으로 상기 베이스부에 구비되고, 상기 기준마커부가 연결되어 상기 기준 플레이트 상에서 정해진 방향으로만 상기 기준마커부가 이동가능하도록 각각 제한하는 기준마커부 서포터;를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 기준마커부 및 상기 기준마커부 서포터는 각각 세 개씩 구비된다.

그리고 상기 세 개의 기준마커부는 상기 기준 플레이트 상에 설정된 기준평면과 평행한 평면상에서만 이동할 수 있다.

특히 본 발명의 실시예에서, 상기 세 개의 기준마커부 중 두 개의 기준마커부는 서로를 연결하는 직선을 따라서만 이동가능하도록 제한되고, 나머지 하나의 기준마커부는 상기 두 개의 기준마커부의 이동궤적인 상기 직선상의 고정된 일점에 대한 수직선상을 따라서만 이동가능하도록 제한된다.

그리고 상기 두 개의 기준마커부의 이동궤적인 상기 직선상의 고정된 일점은 상기 기준 플레이트 상에 설정된 기준원점과 높이 또는 높이 및 거리의 차이만 가질 수 있다.

또한 상기 세 개의 기준마커부 및 기준마커부 서포터는 각각 나사결합에 의해 연결될 수 있다.

그리고 상기 세 개의 기준마커부 서포터는 하나의 회동 프레임 상에 구비되고, 상기 회동 프레임은 상기 기준 플레이트를 감싸도록 그 외측으로 배치되되 상기 베이스부에 회동가능하게 결합될 수 있다.

한편 본 발명의 실시예에서, 상기 기준 플레이트는 상기 베이스부에 대해 탈착 가능하도록 결합될 수 있다.

이때 상기 기준 플레이트 및/또는 상기 베이스부에 구비된 마그네틱의 자력에 의해 상기 기준 플레이트가 상기 베이스부에 대해 탈착 가능하도록 결합될 수 있다.

그리고 상기 기준 플레이트의 측면을 따라 단차가 형성되고, 상기 단차진 부분이 상기 베이스부의 상면에 걸리도록 상기 기준 플레이트가 상기 베이스부에 삽입될 수 있다.

특히 상기 기준 플레이트의 저면은 상기 베이스부에 접촉되지 않도록 이격될 수 있다.

또한 상기 기준 플레이트의 측면에는 적어도 하나 이상의 파지홈이 형성될 수 있다.

또한 상기 기준 플레이트의 고정수단에 인접하여 관통공이 형성되고, 상기 기준 플레이트의 저면에는 상기 관통공을 중심으로 만입된 오목부가 형성될 수 있다.

그리고 상기 오목부에 배치된 나선고정수단과 상기 기준 플레이트의 상면에 배치된 플러그가 상기 관통공을 통해 나사결합될 수 있다.

이때 상기 나선고정수단에는 수나사가 구비되고, 상기 플러그에는 암나사가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 나선고정수단은 상기 기준 플레이트의 저면으로부터 돌출되지 않는 것이 바람직하다.

또한 상기 플러그는 그 상면이 하면보다 넓은 역테이퍼 형상을 가질 수 있다.

그리고 상기 플러그의 측면으로부터 절개된 절단면의 형상은 진원(眞元)을 제외한 곡면 및/또는 다각면일 수 있다.

한편 본 발명의 실시예에서, 상기 기준마커부의 말단은 상기 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화매개물을 천공하여 고정할 수 있는 첨단부로 형성되고, 상기 첨단부는 원뿔 또는 다각뿔 형상으로서 상기 뿔의 첨점이 기준점으로 정의될 수 있다.

대안적으로 상기 기준마커부의 말단에는 상기 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화매개물에 결합되는 기준마커를 고정하기 위한 기준마커 홀더가 구비될 수도 있다.

여기서 상기 기준마커와 기준마커 홀더는 나사결합으로 고정되고, 상기 기준마커의 상기 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화매개물에 결합되는 단부에는 회전을 방지하기 위한 절개면이 형성될 수 있다.

그리고 상기 기준마커의 상면 또는 하면은 원을 추출할 수 있는 도형의 형상을 가지며, 상기 기준마커상의 기준점은 상기 원의 중심으로 정의될 수 있다.

또한 상기 기준마커는 상면 또는 하면이 원, 원에 내접하거나 외접하는 다각형 또는 원주의 일부를 포함하는 형상을 가진 음형 또는 양형의 입체물일 수 있다.

이때 상기 원의 중심은 상기 원의 원주상의 세 점 또는 상기 다각형의 꼭지점에서 선택된 세 개의 점으로 정의되는 원으로부터 추출될 수 있다.

그리고 상기 기준마커는 원뿔 또는 다각뿔의 형상을 가진 음형 또는 양형의 입체물로서, 상기 기준마커상의 기준점은 상기 뿔의 첨점으로 정의될 수 있다.

또한 상기 기준마커는 구 또는 구면의 형상을 포함한 음형 또는 양형의 입체물로서, 상기 기준마커상의 기준점은 상기 구 또는 구면의 중심으로 정의될 수 있다.

한편 본 발명의 실시예는 상기 좌표동기화대상물에 재현성 있게 결합되는 좌표동기화매개물이 상기 기준마커부에 의해 상기 기준 플레이트와 공간적으로 이격되도록 그 상대적 위치가 제한되는 것을 포함한다.

여기서 상기 좌표동기화대상물은 구강내 조직의 형상을 본뜬 인상모델이고, 상기 좌표동기화매개물은 구내장착물일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 좌표동기화용 기구에 의하면, 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화매개물에 기준원점과 목적원점에 대한 상대적인 좌표정보를 매우 효율적으로 포함시킬 수 있고, 이에 따라 좌표동기화대상물의 영상 좌표데이터를 기기의 좌표계로 매우 용이하게 이식할 수 있다는 장점을 가진다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 기준원점과 목적원점에 대한 상대적인 좌표정보를 포함한 좌표동기화대상물의 영상 좌표데이터를 한 번만 취득하면 좌표동기화에 필요한 모든 정보가 취득되기 때문에, 좌표동기화의 전체 과정이 매우 단순해진다는 이점이 있다.

도 1은 기준원점 좌표계와 목적원점 좌표계 사이의 관계를 모식적으로 보여주는 도면.
도 2는 세 개의 고정점이 중 두 개의 고정점의 이동벡터와 나머지 하나의 고정점이 이루는 이동벡터가 수직관계를 이룰 때 목적원점이 고정되는 것을 기하학적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 좌표동기화용 기구를 보여주는 사시도.
도 4는 도 3의 좌표동기화용 기구에 구비된 회동 프레임이 회동된 상태를 보여주는 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 좌표동기화용 기구에 설정된 목적원점 좌표계와 기준원점 좌표계의 위상학적 관계를 보여주는 사시도.
도 6은 도 3의 좌표동기화용 기구에 구비된 기준 플레이트의 저면을 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 기준 플레이트의 상면을 부분투시한 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 적용가능한 다양한 기준마커의 예를 보여주는 사시도.
도 9는 도 8의 기준마커에 나사산과 절개면 및 역테이퍼 형상의 단부가 형성된 일례를 보여주는 사시도.
도 10은 도 3의 좌표동기화용 기구에 구비된 기준마커 홀더에 기준마커가 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 11은 도 10의 좌표동기화용 기구를 이용해 좌표동기화매개물 상에 기준마커를 결합시키는 상태를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시가능한 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

우선 본 발명에 따른 좌표동기화용 기구를 설명하기에 앞서 기기 좌표계를 따르는 기준원점과 좌표동기화대상물의 좌표데이터로부터 추출되는 목적원점 사이의 위상학적 관계를 매개체와 결합된 좌표동기화대상물 안에 재현가능하게 포함시킨다는 것의 의미와, 이러한 과정의 결과로서 어떻게 좌표동기화대상물의 좌표데이터가 손쉽게 기기의 좌표계로 이식될 수 있는지에 대해 설명하기로 한다.

이러한 기본 개념의 이해가 선행되면, 기준원점과 목적원점 사이의 위상학적 관계를 매개체와 결합된 좌표동기화대상물 안에 재현가능하게 포함시키는 과정을 현실적으로 구현시키는 본 발명의 다양한 실시예를 직관적으로 이해하는 것이 가능해질 것이다.

● 좌표동기화 방법론

기준원점과 목적원점 사이의 위상학적 관계를 매개체와 결합된 좌표동기화대상물 안에 재현가능하게 포함시키는 일련의 과정은 다음과 같다.

설명에 사용되는 용어 중 좌표동기화대상물이란 수치정보 또는 영상정보를 정의하는 좌표데이터가 추출될 것으로 예정된 물체를 말하며, 기기는 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 이식받을 기기를 의미한다.

그리고 좌표동기화대상물의 좌표데이터란 좌표동기화대상물에 수치정보 또는 영상정보를 정의하는 데이터로서, 영상정보를 정의하는 데이터는 좌표동기화대상물의 형태를 정의하는 데이터를 말하며, 수치정보를 정의하는 데이터는 좌표동기화대상물상에 표현된 또 다른 좌표정보, 예를 들면 컴퓨터상의 시뮬레이션을 통해 영상정보 데이터 상에 표현된 가공벡터(가공방향과 깊이, 위치, 형태 등을 정의하는 벡터정보)를 말한다.

여기서 좌표동기화대상물은 위 가공벡터에 따라 직접적인 가공이 이루어지는 원형(元型)은 물론 좌표동기화 과정에서만 사용되는 복제품(複製品)을 모두 포함하는 개념이다. 즉 원형의 특성상 본 발명의 좌표동기화용 기구에 장착되기 어려운 경우에는 원형을 그대로 본 딴 복제품을 이용하여 좌표동기화를 수행할 필요가 있기 때문이다.

예컨대 본 발명에 따른 좌표동기화용 기구의 구체적인 실시예 부분에서 보다 상세히 언급되겠지만, 본 명세서에서는 좌표동기화대상물인 원형이 인체, 그 중에서도 특히 구강내 조직인 경우에 대한 것을 예로 하여 상세히 설명할 예정이다. 이처럼 좌표동기화대상물(원형) 자체가 기구상에 고정되는 것이 용이치 않은 경우에는 그 원형 전체 또는 중요부분에 대한 형상정보를 그대로 담은 복제품을 사용할 수밖에 없는 것이고, 따라서 좌표동기화대상물은 원형은 물론 그 복제품까지 포함되는 개념으로 정의내릴 필요가 있는 것이다.

물론 복제품을 이용하여 좌표동기화가 이루어진 후에는 복제품의 좌표데이터를 취득하여 시뮬레이션을 할 수도 있고, 아니면 원형의 좌표데이터에 대해 시뮬레이션을 하는 것도 가능하다. 이러한 좌표데이터의 취득대상은 선택적일 수 있으나, 원형의 좌표데이터를 취득할 수 있고 복제품으로는 복사할 수 없는 원형 내부의 구성이 시뮬레이션의 중요한 요소인 경우에는 원형의 좌표데이터를 취득하는 것이 요구된다. 예를 들면 임플란트 시술의 경우 원형은 구강내 조직인데, 임플란트 시술에서는 치은과 치아의 교합면은 물론 치근과 치조골의 조직도 중요하기 때문에 원형인 인체의 구강내 조직에 대해 직접 좌표데이터를 취득해야 하는 것이다.

좌표동기화 방법의 기본 개념

제1 단계

제1 단계는 기기상의 좌표를 알고 있는 위치에 구비된 고정부에 대응하는 구조를 갖는 기준 플레이트를 준비하는 단계이다. 기기의 고정부는 좌표동기화대상물이 재현성 있게 고정되도록 마련된 부분인데, 여기서 "재현성 있게 고정"된다는 것은 좌표동기화대상물이 기기상에 정해진 위치에 정해진 방향으로 항상 일관성 있게 고정될 수 있다는 것을 의미한다.

다만 고정부의 의미는 좌표동기화대상물이 고정되는 부분이라는 의미이기 때문에 움직이지 않는 부분이라는 의미로 해석되어서는 안 된다. 고정부에 대한 물리적인 위치정보는 이미 기기의 좌표계에 대해 결정되어 있으며, 이동하는 고정부라도 이동된 새로운 위치에 대한 고정부의 좌표는 항상 기기가 파악하게 된다.

기기상의 좌표정보를 알 수 있는 고정부 상에 정의된 어느 일점(一點)은 후술할 기준원점으로 설정된다. 이 기준원점은 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 이식할 때의 기준이 되며, 반드시 기기 좌표계의 원점일 필요는 없다.

여기서 중요한 것은, 이 기준원점의 개념이 단순히 1차원적인 점의 개념만을 가진 것이 아니라 3차원 좌표축의 원점이라는 개념까지도 포함한다는 것이다. 즉 기준원점은 고정부 또는 기준 플레이트의 평면상에서 직교하는 두 개의 축과 상기 평면에 대한 법선축으로 구성된 3차원 좌표축의 원점으로 정의된다.

기준 플레이트는 이러한 기기의 고정부에 대응되는 형상을 가진 틀이며, 이에 따라 좌표동기화대상물의 입장에서 기준 플레이트 상의 기준원점과 기기 고정부 상의 기준원점은 동일한 것으로 취급된다.

물론 기준 플레이트 상의 기준원점과 기기 고정부 상의 기준원점이 이미 알고 있는 위상학적 관계로 이격되어도 무방하다. 예를 들면, 기준 플레이트와 기기 고정부의 기준원점이 동일하지 않고, 그 사이에 높이차와 수평거리 또는 각도 등과 위상학적 이격 관계가 존재해도 관계없다. 중핵은 기준 플레이트 상의 기준원점과 기기 고정부 상의 기준원점에 대해 좌표동기화대상물이 이미 알고 있는 위상학적 관계로 재현성 있게 놓이는 것이다. 따라서 본 발명에서는 이를 모두 포괄하여 기기 고정부상의 기준원점과 기준 플레이드 상의 기준원점이 "동일하다"라고 표현하는 것에 유의해야 한다.

제2 단계

제2 단계는 기준 플레이트상에 정해진 기준원점과 좌표동기화대상물을 공간적으로 이격시키고, 적어도 세 개 이상의 고정점을 통해 이격된 좌표동기화대상물의 상대적 위치를 제한하는 단계이다.

이때 고정점들이 공간상에 배치되는 위상학적 관계가 매우 중요한데, 고정점들 사이의 위상학적 관계, 다시 말하면 고정점들을 연결한 가상의 선들에 의해 만들어진 도형으로부터 정의되는 하나의 점인 목적원점이 기준원점과 어떠한 위상학적 관계를 갖는지 수치적으로(즉 수학적으로) 인식될 수 있도록 설정되어야 한다.

다만 전술한 바와 같이, 기준원점에는 3차원 좌표축의 원점이라는 개념이 포함되어 있기 때문에, 엄밀하게는 기준원점과 목적원점을 통해 표현되는 기준좌표계와 목적좌표계의 위상학적 관계를 의미하는 것으로 파악되어야 한다. 따라서 편의상 기준원점과 목적원점으로 간략히 기술하더라도 이들 각 원점에 3차원 좌표축의 원점이라는 개념이 포함되어 있음을 간과해서는 안 될 것이다.

고정점들의 위상학적 관계를 아는 것이 중요한 이유는, 좌표동기화대상물의 상대적 위치를 제한하는 고정점들 사이의 위상학적 관계로부터 추출되는 목적원점이 기준원점에 대해 공간적으로 어떤 지점에 있는지 알 수 있도록 고정점을 배치한 후 좌표동기화대상물(원형과 복제품을 포함하는 것임에 주의한다)의 좌표데이터를 취득할 때 이 고정점들을 그대로 좌표데이터에 포함시키면, 좌표데이터로부터 추출된 목적원점과 기준원점 사이의 위상학적 관계를 기준으로 하여 모든 좌표데이터를 기준원점에 대한 좌표데이터로 변환시킬 수 있기 때문이다.

여기서 좌표동기화대상물의 전체 또는 일부와 상보하는 형상을 가지고 있어 좌표동기화대상물에 재현성 있게 결합가능한 좌표동기화매개물이 더 포함될 수도 있으며, 이 경우 목적원점을 결정하는 고정점들은 좌표동기화매개물에 설정된다. 예를 들어, 좌표동기화대상물의 원형이 구강내 조직인 경우 그 복제품은 구강내 인상모델이고, 이 구강내 인상모델에는 좌표동기화매개물인 구내장착물이 재현성 있게 결합될 수 있으며, 이 구내장착물에 목적원점에 대한 위상학적 정보가 담긴다.

도 1은 이러한 목적원점(O)과 기준원점(R) 사이의 관계를 모식적으로 보여주는 도면이다. 이해의 편의를 돕고자 고정점(F)은 최소 개수인 세 개로 정하고, 고정점(F)들이 이루는 삼각형 평면은 기준원점(R)이 있는 기준 플레이트와 평행인 것으로 단순화하였다.

고정점들 사이의 위상학적 관계에 의해 결정되는 하나의 목적원점이 삼각형의 무게중심이라고 했을 때(물론 이 외에도 삼각형의 수심이나 내심 등 다양한 예가 가능하다), 이 목적원점의 위치정보는 고정점의 위치정보로부터 수학적으로 결정된다. 그리고 좌표동기화대상물의 좌표데이터가 목적원점에 부여된 3차원 좌표축에 대한 좌표값을 가질 때, 이 목적원점이 기준원점에 일치되도록 이동(변환)하면 이들 좌표데이터 역시 기준원점에 대한 좌표값으로 이동(변환)된다. 즉 좌표동기화대상물의 좌표데이터가 모두 기기의 좌표계로 이식된 것이다(전술한 바와 같이 좌표동기화대상물의 입장에서 기준 플레이트 상의 기준원점과 기기 고정부 상의 기준원점은 동일한 것으로 취급된다).

다만 제2 단계를 실제로 구현하기 위해서는, 고정점들 사이의 위상학적 관계로부터 추출되는 목적원점이 기준원점에 대해 공간적으로 어떤 지점에 있는지 알 수 있도록 고정점을 배치하는 것이 관건이 된다. 본 발명의 실시예가 바로 제2단계에서의 고정점 배치를 구현하기 위한 기구에 관한 것이며, 제2단계의 이해는 후술할 본 발명의 실시예가 고정점들 사이의 움직임을 기구학적으로 제한 또는 연동시키는 방식의 이해를 통해 보다 명확해질 것이다.

제3 단계

제3 단계는 고정점들에 의해 상대적 위치가 제한된 좌표동기화대상물과 기준 플레이트 사이의 공간에 매개체를 개입시켜 좌표동기화대상물과 기준 플레이트 사이의 공간관계를 동결(freezing)시키고, 이때 매개체에는 고정부에 상보하는 형상이 형성되는 단계이다. 이하에서는 좌표동기화매개물과 구별하기 위해, 좌표동기화대상물과 기준 플레이트 사이의 공간관계를 동결시키고 고정부에 재현성 있게 결합될 수 있는 상보 형상을 가진 위 매개체를 "동결 매개체"라 부르기로 한다.

제2 단계에서는 기준원점에 대한 목적원점의 배치가 수치적으로 인식가능하도록 고정점들이 배치되고, 좌표동기화대상물은 고정점들에 의해 기준 플레이트에 대한 상대적 위치만 제한되어 있는 상태이다. 즉 고정점들의 제한상태를 해제하면 좌표동기화대상물의 구속이 풀리게 되는 임시적인 상태이다.

따라서 제3 단계는 임시적으로 상대적 위치가 제한된 좌표동기화대상물을 영구적으로 유지시키기 위한 단계이다. 즉 좌표동기화대상물과 기준 플레이트 사이의 공간관계를 제2 단계에서의 상태 그대로 굳혀버리는 단계라 할 수 있다.

이를 위해 좌표동기화대상물과 기준 플레이트 사이의 공간에 석고와 같은 경화성 재료인 동결 매개체를 도입시켜 굳히고, 이에 따라 좌표동기화대상물에는 고정부에 상보하는 형상을 가진 동결 매개체가 부착된다. 이에 따라 동결 매개체와 일체화된 좌표동기화대상물은 추후 기기의 고정부에 재현성 있게 고정될 수 있다.

제4 단계

제4 단계는 좌표동기화대상물과 기준 플레이트 사이의 위상학적 관계를 재현할 수 있도록 좌표동기화대상물에 대해 기준마커를 부여하는 단계이다.

제3 단계까지 거치면 수치적·수학적으로 기준원점과 고정원점 사이의 위상학적 공간관계를 인식할 수 있도록 고정점들의 위치가 영구적으로 확정된다.

그런데 좌표동기화대상물 또는 이와 함께 좌표동기화매개물(이하에서는 좌표데이터의 취득대상을 단순히 좌표동기화대상물이라 칭하기로 한다)의 좌표데이터를 취득할 때 이 고정점들의 위치정보가 좌표데이터에 함께 포함되어야만 목적원점의 복원이 가능해진다.

따라서 제4 단계는 좌표동기화대상물의 좌표데이터에 고정점의 좌표정보가 표현될 수 있는 기준마커를 좌표동기화대상물상에 부여하는 단계이며, 이에 따라 좌표데이터에는 기준마커의 영상정보가 포함된다.

이 기준마커의 영상정보로부터 하나의 기준점을 추출하고 이를 고정점과 동일하게 취급하면 좌표데이터 상에서 목적원점을 복원할 수 있게 된다.

기준마커는 좌표동기화대상물상에 어떤 형상을 새겨 넣음으로써 부여될 수도 있다. 예를 들면, 원뿔 형상 기준마커의 첨점이 고정점과 일치하도록 좌표동기화상물에 음형의 기준마커를 새기는 것이다. 아니면 별도로 준비된 기준마커를 고정점 위치에 부착 또는 고정하는 것도 가능하다.

이 기준마커에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명될 것인데, 한 가지 유의할 점은 기준마커에서 추출된 기준점과 고정점의 위치가 반드시 일치될 필요는 없다는 것이다. 목적원점을 재현할 수만 있다면 고정점과 일치하지 않는 지점에 기준점이 위치해도 무관하다. 예를 들어 목적원점과 고정점을 연결한 선상의 임의의 지점에 기준점이 위치한다면 목적원점의 복원이 가능하다.

더 나아가 최종적인 목적원점은 기준마커로부터 취득되는 기준점에 의해 복원죄는 것이기 때문에 제2 단계에서의 고정점은 좌표동기화대상물에 접근하기 용이한 위치에 예비적으로 부여되어 공간적으로 이격시키는 임시적 위치로도 이해될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서, 제2 단계 이후의 동결과정이 석고로 이루어지는 경우에는 제2 단계상의 고정점 위치가 기준 플레이트에 대해 변화할 수 있기 때문에, 제4 단계에서 기준마커로부터 정의되는 기준점을 목적원점의 복원을 위한 고정점으로 재설정해주는 것이 유리할 수 있다.

제5 단계

위와 같은 제1 단계 내지 제4 단계를 거치면, 기준원점에 대한 목적원점의 위상학적 정보를 담고 있는 동시에 기기의 고정부에 고정될 수 있는 좌표동기화대상물이 완성된다. 그 이후로는 다음과 같은 후속 단계가 수행된다.

제5 단계는 스캐닝 장치 등을 통하여 기준마커를 포함하는 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 취득하고, 취득된 좌표데이터에 포함된 기준마커의 영상정보로부터 기준점을 추출한 후, 이미 알고 있는 기준점(=고정점)들 사이의 위상학적 관계로부터 목적원점을 복원시키는 단계를 포함한다. 목적원점을 복원시키는 작업은 대부분 영상정보를 처리하는 컴퓨터 프로그램상에서 쉽게 수행될 수 있다.

그 다음 단계는 좌표동기화대상물을 기기의 고정부에 고정하고, 기준마커상의 기준점으로부터 복원된 목적원점과 기준원점 사이의 위상학적 관계를 기준으로 하여 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 기기의 좌표계로 이식시키는 단계이다. 좌표동기화대상물에 결합된 동결 매개체에는 기기의 고정부에 상보하는 형상이 구비되어 있으므로, 기준 플레이트에서와 완전히 동일한 포지션으로 기기의 고정부에 고정된다. 따라서 목적원점과 기준원점 사이의 위상학적 배치 역시 그대로 복원되므로, 제2 단계에서 설명되었던 좌표데이터의 기기 좌표계로의 이식이 가능해진다.

만일 좌표동기화대상물이 복제품이고 좌표동기화매개물에 포함된 기준마커로부터 기준점을 취득하여 목적원점을 정하는 경우로서 실제 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 원형으로부터 취득해야 하는 경우라 하더라도 좌표동기화, 즉 좌표계의 이식에는 아무런 문제가 없다. 이는 좌표동기화매개물이 좌표동기화대상물의 원형과 복제품 양자에 대해 항상 동일하면서도 재현성 있게 결합되기 때문에 그러한 것이다.

여기서 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 기기 좌표계로 이식하기 위한 좌표변환은 기기상의 고정부에 좌표동기화대상물 고정하기 전후 언제라도 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 제1단계 내지 제5 단계를 거치게 되면 좌표동기화대상물의 좌표데이터는 기기의 좌표계로 온전히 이식된다. 특히 본 좌표동기화 방법의 특징은 동결 매개체와 결합되고 기준마커가 직접 또는 좌표동기화매개물을 통해 부여된 좌표동기화대상물에 기준원점과 목적원점 및 좌표데이터에 관한 모든 정보가 담겨있다는 것이다.

이로 인해 스캐닝 장치를 통해 좌표동기화대상물의 좌표데이터는 오로지 한 번만 취득되면 충분하고, 그 이후에는 좌표데이터에 가공벡터를 추가하는 것과 같은 조작을 가해도 기준원점과 목적원점에 대한 정보는 계속 유효하게 사용될 수 있다.

또한 고정부가 대응되는 기기라면 어떠한 기기에도 적용할 수 있기 때문에, 전혀 새로운 기기라도 고정부만 대응시킨다면 좌표동기화대상물의 좌표데이터는 언제라도 이식될 수 있다.

한 가지 유념할 점은, 전술한 내용상에는 기준마커가 제 4단계에서 부여되는 것으로 설명되어 있지만, 제2 단계의 고정점 배치과정에서 이루어질 수도 있다는 것이다. 즉 제2 단계와 제4 단계는 시간적 차이를 갖지 않고 동시에 수행될 수 있다. 또한 제2 단계와 제4 단계는 제3 단계 이후에 진행되는 것도 가능하다.

한 마디로 말하자면, 위에서 순차적으로 설명된 각 단계는 그 시간적 선후에 크게 얽매이지 않는다는 것이다. 위에서 설명한 각 단계는 좌표동기화 방법을 가장 쉽게 이해할 수 있는 순서로 짜여진 것이며, 일단 본 좌표동기화 방법을 이해한 이후라면 그 기술적 사상이 동일한 다양한 변형례가 도출될 수 있을 것임은 자명하다 할 수 있다.

좌표동기화 방법의 발전 개념

제2 단계의 실천적 발전

한편 본 발명에 따른 좌표동기화 방법을 구체적인 장치로 구현하기 위해서는, 특히 제2 단계를 현실적으로 적용가능한 수준까지 단순화시킬 필요성이 높다.

실제적으로 제2 단계를 편리하게 작업하기 위해서는 고정점들이 사전에 설정된 공간벡터를 따라서만 이동하도록 기구적으로 제한할 필요가 있다. 고정점들의 이동이 기구적으로 제한된다는 것은 그 자유도가 감소한다는 것을 의미하기 때문에 측정해야 할 고정점 이동량의 개수가 적어질 뿐만 아니라 재현성이 향상된다는 것을 의미한다.

또한 고정점의 개수를 결정하는 것도 중요한데, 평면을 이루면서 고정점을 꼭지점으로 하는 위상학적 도형을 이룰 수 있는 최소 개수인 세 개로 고정점의 개수를 선정하는 것이 바람직하다. 이는 고정점의 개수를 네 개 이상으로 선정하면 그 고정점들이 하나의 평면상에 반드시 위치한다고 보장할 수 없고, 사각형 이상의 다각형은 결국 다수개의 삼각형으로 분해될 수 있으며, 좌표동기화대상물의 상대적 위치의 제한은 3점 지지로 충분히 가능하기 때문이다.

이러한 최적화 조건에 따라 본 발명에서는 고정점을 세 개로 선정하여 삼각형을 이루도록 배치하였다.

특히 도 2에 도시된 것처럼 각각의 고정점(F,F')이 삼각형을 이루는 세 개의 점으로 배치되었을 때, 두 개의 고정점(F₁,F₂ 및 F'₁,F'₂)들은 서로 마주보는 방향으로만, 다시 말하면 대향하는 두 고정점(F₁,F₂ 및 F'₁,F'₂)들을 연결한 연장선에 일치하는 공간벡터를 따라서만 이동하도록 제한되어 있다.

또한 나머지 하나의 고정점(F₃ 및 F'₃)은 상기 고정점(F₁,F₂ 및 F'₁,F'₂)들을 연결한 연장선에 대해 수직을 이루는 공간벡터를 따라서만 이동하도록 제한된다.

위와 같이 세 개 고정점(F,F')들의 이동궤적을 제한하면 고정점(F,F')들 각각의 위치에 관계없이 이들 고정점(F,F')들은 기하학적으로 항상 고정된 일점(一點)에서 만날 수밖에 없다. 따라서 위의 고정된 일점(一點)을 원점(O)으로 설정하고, 세 개 고정점(F,F')들이 이루는 평면상에 두 개의 직교축을 잡고 상기 원점에 대한 법선축을 나머지 하나의 좌표축으로 설정하면, 바로 위 원점은 목적좌표계의 원점(O)이 된다(이는 제2 단계에서 상술한 내용과 동일하다).

여기서 가장 중요한 사실은 이 목적좌표계의 원점(O)은 (공간벡터가 고정된) 세 개 고정점(F,F')들의 위치에 따라 전혀 변하지 않기 때문에, 기준좌표계의 원점(R)과의 위상학적 관계 역시 항상 일정하다는 것이다.

다시 말하면, 설계 또는 설정에 의해 세 개 고정점(F,F')들의 공간벡터를 전술한 수직관계로 제한시켜 놓기만 하면, 좌표동기화대상물의 상대적 위치를 고정점(F,F')들로 제한하는 순간 목적좌표계의 원점(O)과 기준좌표계의 원점(R) 사이의 위상학적 관계가 그대로 고정된다는 것이다.

더 나아가 세 개 고정점(F,F')들이 이루는 평면, 즉 목적원점 좌표계의 두 개의 직교축이 포함된 평면과 기준좌표계의 대응하는 직교 좌표축의 평면을 평행하게 만들면 목적원점과 기준원점 사이에는 높이차와 거리차만이 존재한다 이는 목적좌표계와 기준좌표계가 회전이 없는 평행이동만의 관계라는 것을 의미하며, 이는 좌표동기화대상물의 좌표변환시 상당한 편의와 정확도를 제공하게 된다.

이와 같이 세 개 고정점(F,F')들의 공간벡터를 전술한 수직관계로 제한시킨다는 발상은 좌표동기화 과정에 이루 말할 수 없을 정도의 단순화를 가져온 것이기에 그 중요성은 아무리 강조하여도 부족함이 없다.

● 좌표동기화용 기구

위에서는 개념적으로 구상한 좌표동기화 방법론의 개념과 이를 현실화시키기 위한 단순화 과정을 살펴보았다. 전술한 바와 같이, 기준원점(R)과 목적원점(O) 사이의 위상학적 관계를 동결 매개체와 결합된 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화대상물에 재현성 있게 결합되는 좌표동기화매개물 안에 수학적으로 재현가능하게 포함시키는 좌표동기화 방법 중 가장 핵심이 되는 부분은 제2 단계이며, 특히 본 발명의 좌표동기화용 기구는 바로 세 개 고정점(F,F')들의 공간벡터를 수직관계로 제한하여 단순화시키는 발전된 제2 단계를 구현하기 위한 것임을 상기한다면, 본 발명의 실시예를 이해하는데 큰 도움이 될 것이다.

이하에서는 좌표동기화용 기구(100)의 실시예를 설명할 것이며, 이 과정에서 전술한 좌표동기화 방법론에서 사용한 용어는 가능한 그대로 유지할 것이다. 아울러 중복되는 개념적 설명에 대해서는 필요한 한도 내에서 간략히 기재하거나 또는 생략할 것이다.

또한 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이며, 상대적인 위치를 지시하는 전후(前後)나 상하좌우(上下左右), 내외(內外), 상면, 저면, 측면 등의 용어는 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 상태를 기준으로 한다.

본 발명에 따른 좌표동기화용 기구(100)는 기준 플레이트(110)와 기준 플레이트(110)가 결합된 베이스부, 그리고 기준마커부(130) 및 기준마커부(130)가 연결된 기준마커부 서포터(150)를 포함한다.

베이스부(120)에 결합되는 기준 플레이트(110)는 좌표동기화대상물(10)이 재현성 있게 고정되도록 좌표동기화대상물(10)의 좌표데이터를 이식받을 기기상에 마련된 부분인 고정부에 대응하는 구조를 갖는 고정수단(111)을 구비한다. 전술한 바와 같이 기준 플레이트(110)의 고정수단(111)을 통해 좌표동기화대상물(10)은 기기의 좌표계, 즉 기준좌표계에서의 좌표를 알고 있는 고정부에 항상 재현성 있게 고정될 수 있으며, 이는 좌표데이터의 이식을 위한 필요조건이다.

가준마커부(130)는 적어도 세 개 이상이 구비되어 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)이 기준 플레이트(110)와 공간적으로 이격되도록 그 상대적 위치를 제한하는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에서 기준마커부(130)는 그 일단이 첨부로 이루어진 핀(pin) 부재로 구성되며, 이 첨부가 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)을 지지하여 기준 플레이트(110)와 공간적으로 이격시킨다.

기준마커부 서포터(150)는 기준 플레이트(110) 주변으로 베이스부(120)에 구비되어 기준마커부(130)가 연결될 수 있는 구성인데, 특히 기준마커부(130)가 기준 플레이트(110) 상에서 정해진 방향으로만 이동가능하도록 제한하는 역할을 한다.

기준마커부 서포터(150)는 기준마커부(130)의 개수에 대응하여 구비되는데, 본 발명의 실시예에서는 기준마커부(130)와 기준마커부 서포터(150)가 각각 세 개씩 구비된다. 이는 전술한 바와 같이 기준마커부(130)의 개수를 세 개로 선정하는 것이 공간상에서의 목적원점 좌표계 추출의 복잡성을 최소화시킬 수 있고, 또한 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)의 고정이 필요하더라도 3점 지지에 의해 충분히 가능하기 때문이다.

여기서 기준마커부 서포터(150)는 세 개의 기준마커부(131,132,133)가 기준 플레이트(110) 상에 설정된 기준평면과 평행한 평면상에서만 이동할 수 있도록 제한하는 것이 바람직하다. 이처럼 세 개의 기준마커부(131,132,133)가 기준평면과 평행관계에 있는 평면상에서만 제한적으로 움직이게 되면, 세 개의 기준마커부(131,132,133)에 의해 설정되는 목적원점과 기준평면상에 있는 기준원점의 각 좌표계 역시 직교하는 두 축이 서로 평행을 이루기 때문에 기준원점과 목적원점 사이의 위상학적 관계는 회전이 없는 평행이동의 관계로 더욱 단순화될 수 있다. 기구적으로는 세 개의 기준마커부(131,132,133)는 기준 플레이트(110) 상에 설정된 기준평면에 대해 동일한 높이에 위치하고, 이 동일한 높이 상에서만 이동하는 것이라 할 수 있다.

특히 본 발명의 실시예에서, 세 개의 기준마커부(131,132,133) 중 두 개의 기준마커부(131,132)는 서로를 연결하는 직선을 따라서만 이동가능하도록 제한되고, 나머지 하나의 기준마커부(133)는 두 개의 기준마커부(131,132)의 이동궤적인 일직선상에 고정된 일점(一點)에 대한 수직선상을 따라서만 이동가능하도록 제한된다. 이 고정된 한 점이 바로 목적원점(O)에 해당된다.

이러한 기준마커부(130)의 이동궤적은 바로 도 2에 도시되었던 고정점(F,F')의 배치를 구현하기 위한 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 세 개의 기준마커부(131,132,133)는 각각의 기준마커부 서포터(150)에 나사결합으로 진퇴가능하게 결합되어 있으며, 이 나사운동의 진행방향이 이루는 직선궤적이 위에서 설명한 "목적원점이 고정된 수직관계"를 이루게 된다. 이를 다시 말한다면, 세 개의 기준마커부(131,132,133)에 의해 결정되는 목적원점(O)은 각 기준마커부(130)가 기준마커부 서포터(150)로부터 돌출된 길이와는 전혀 무관하게 항상 일정하다는 것을 의미한다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 기준마커부(131,132)(전술한 제1/제2 마커부에 해당된다)의 이동궤적으로 표현되는 일직선상에 고정된 목적원점(O)은 기준 플레이트(110) 상에 설정된 기준원점(R)과 높이 또는 높이 및 거리의 차이만 가지도록 할 수도 있다.

이는 기준플레이트(110) 상에 설정된 기준원점(R)(이 기준원점은 도 5에 도시된 바와 같이, 기준 플레이트에 구비된 고정수단으로부터 기하학적으로 결정될 수도 있다)이 정의하는 기준원점 좌표계과 목적원점(O)이 정의하는 목적원점 좌표계 각각의 세 개의 좌표축 중 평행한 두 평면에 각각 포함된 직교좌표축을 법선축에서 바라볼 때 이들이 서로 일치하거나 평행이동의 관계에 있다는 것을 의미한다.

좌표동기화 방법론에서 설명한 것과 같이, 기준원점 좌표계와 목적원점 좌표계는 모두 각자의 평면(기준평면과 세 개의 기준마커부가 이동하는 하나의 평면) 상에 포함된 직교 좌표축과 그 원점에서의 법선축으로 이루어진 3축의 공간 좌표축으로 정의된다. 따라서 평행한 두 평면에 각각 포함된 직교좌표축을 법선축에서 바라볼 때 이들이 서로 일치하거나 평행이동의 관계에 있게 되면, 목적원점(O)과 기준원점(R)은 두 평면 사이의 거리인 높이차 또는 높이차와 평행이동의 거리차만이 있게 된다.

더 나아가 평행한 두 평면에 각각 포함된 직교좌표축 중에서 적어도 어느 하나가 일치하면 수평 또는 수직의 거리차(즉 일치하지 않은 좌표축 상에서의 원점 사이의 거리)만이 존재한다. 도 5는 바로 높이차와 수직(또는 수평)거리차 만으로 기준원점(R)과 목적원점(O) 사이의 위상학적 관계가 정의되는 경우를 도시하고 있다.

본 발명의 실시예에 대한 위의 설명은 좌표동기화 방법론에 입각한 핵심적인 구성에 대해 설명하였다면, 이하에서는 실제로 본 발명의 실시예를 사용하여 좌표동기화 작업을 수행할 때의 편의성과 작업성을 고려한 다양한 구성에 대해 살펴보기로 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 세 개의 기준마커부 서포터(150)는 하나의 회동 프레임(140) 상에 구비되는데, 회동 프레임(140)은 기준 플레이트(110)를 감싸도록 그 외측으로 배치되어 있으며, 또한 베이스부(120)에 회동가능하게 결합되어 있다. 이처럼 베이스부(120)에 대해 회동할 수 있는 프레임(140)에 세 개의 기준마커부 서포터(150)를 구비한 것은 좌표동기화대상물(10)을 탈착할 때 충분한 공간을 확보하여 작업성을 향상시키기 위한 것이며, 아울러 후술할 바와 같이 기준 플레이트(110)의 탈착 작업까지도 고려한 것이다.

그리고 세 개의 기준마커부(131,132,133)가 각각의 기준마커부 서포터(150)에 나사결합으로 진퇴가능하게 결합하는 것은 각 기준마커부(131,132,133)의 이동궤적을 정밀하게 설정할 수 있고, 또한 장시간의 사용이나 충격 등에 의해 기준마커부(131,132,133)가 마모되거나 훼손되었을 때 쉽게 교체할 수 있다는 점에서 유리하기 때문이다.

한편 본 발명의 실시예에서, 기준 플레이트(110)는 베이스부(120)에 대해 탈착 가능하도록 결합된다. 기준 플레이트(110)를 탈착 가능하게 하면 그 교체가 용이하여 좌표동기화용 기구(100)의 유지·보수에 유리할 뿐만 아니라 기준 플레이트(110)에 동결된 좌표동기화대상물(10)의 취급(탈거나 마감작업 등)이 편리해진다.

또한 좌표동기화대상물(10)의 다양한 크기로 인해 기준 플레이트(110)와 기준마커부(131,132,133) 사이의 수직거리를 조절할 필요성이 있을 때에는, 높이가 다른 기준 플레이트(110)를 적용하여 기준마커부(131,132,133)에 대한 좌표동기화대상물(10)의 상대 높이를 조절함으로써 간단하게 해결할 수 있기 때문에 탈착 가능한 기준 플레이트(110)의 구성은 상당히 효율적이다.

이때 기준 플레이트(110) 및/또는 베이스부(120)에 마그네틱(112)을 구비함으로써 자력에 의해 기준 플레이트(110)가 베이스부(120)에 고정되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

그리고, 도 6과 도 7에 나타난 바와 같이 기준 플레이트(110)가 베이스부(120)에 마련된 대응형상홈에 삽입되어 끼워지도록 할 수 있는데, 이 경우에는 기준 플레이트(110)의 측면을 따라 단차(113)를 형성하고 이 단차진 부분이 베이스부(120)의 상면에 걸리도록 하는 것이 기준 플레이트(110)의 삽입 깊이를 일정하게 유지할 수 있어 바람직하다.

특히 기준 플레이트(110)의 저면이 베이스부(120)에 직접 접촉되지 않고 약간 이격될 정도의 위치에 단차(113)를 형성하는 것이 좋은데, 이는 기준 플레이트(110)와 베이스부(120)의 결합면에 먼지나 기타 이물질이 붙어있는 경우 기준 플레이트(110) 상의 기준평면이 원래 의도했던 평면으로부터 왜곡될 수 있기 때문이다. 기준평면의 어긋남은 당연히 좌표동기화의 오차로 나타나므로 이를 엄격히 관리할 필요가 있다.

또한 기준 플레이트(110)의 측면에는 적어도 하나 이상의 파지홈(114)이 형성될 수 있는데, 이는 기준 플레이트(110)의 측면을 잡았을 때 쉽게 탈착할 수 있도록 도와주는 보조적 수단이다.

한편 기준 플레이트(110)의 상면에 구비된 고정수단(111)에 인접하여 관통공(115)이 형성되고, 기준 플레이트(110)의 저면에는 관통공(115)을 중심으로 내측으로 오목하게 만입된 오목부(116)가 형성될 수 있다. 이 오목부(116)는 그 안에 배치되는 나선고정수단(117)을 수용하기 위한 공간이며, 나선고정수단(117)이 회전할 때 간섭이 일어나지 않을 정도의 폭과 면적을 가져야 한다.

그리고 기준 플레이트(110)의 상면에 배치된 플러그(118)가 관통공(115)을 통해 나선고정수단(117)과 나사결합된다. 플러그(118)는 좌표동기화대상물을 기준 플레이트(110)에 대해 동결시킬 때 개입되는 동결 매개체(14) 안에 매립되는 것인데, 이때 나선고정수단(117)에는 수나사가 구비되고 플러그(118)에는 암나사가 구비된다. 동결된 좌표동기화대상물(10), 즉 동결 매개체(14)와 일체로 결합된 좌표동기화대상물(10)을 기준 플레이트(110)로부터 탈거하기 위해서는 먼저 저면의 나선고정수단(117)을 분리시켜야 한다. 나선고정수단(117)이 분리되면 플러그(118)에 구비된 암나사가 노출되는데, 이 암나사에 압축공기를 불어넣으면 동결된 좌표동기화대상물(10)의 분리가 매우 용이해진다. 또한 플러그(118)에 구비된 암나사는 동결 매개체(14)와 일체로 결합된 좌표동기화대상물(10)을 기기의 고정부에 고정시킬 때에도 기준 플레이트(110)의 경우와 동일하게 이용될 수 있다(물론 기기의 고정부에도 기준 플레이트의 관통공에 대응되는 구멍이 형성되어 있어야 할 것이다).

또한 도 6에 도시된 것과 같이, 나선고정수단(117)은 오목부(116) 안에 완전히 들어가 기준 플레이트(110)의 저면으로부터 돌출되지 않도록 함으로써 기준 플레이트(110)와 베이스부(120) 사이의 결합에 지장이 없도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 동결 매개체(14) 안에 매립된 플러그(118)는 의도되지 않은 이탈과 회전을 방지하기 위한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 도 7에 예시된 플러그(118)의 형상처럼 매립된 플러그(118)가 이탈되지 않도록 플러그(118)는 그 상면이 하면보다 넓은 역테이퍼 형상을 가질 수 있다. 또한 동결 매개체(14) 안에서 헛돌아 나선고정수단(117)의 분리 또는 재결합시 회전력이 온전히 전달되지 못하는 현상을 방지하기 위해서 플러그(118)의 측면으로부터 절개된 절단면의 형상을 진원(眞元)을 제외한 곡면 및/또는 다각면으로 형성할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 좌표동기화용 기구(100)에 대해 상세히 설명하였는데, 목적원점 좌표계를 복원할 수 있도록 각 기준마커부(131,132,133)가 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)에 부여하는 고정점(F,F')은 목적원점 좌표계의 추출을 설명하기 위한 개념적인 점으로서, 실제에 있어서는 어떤 입체적 형상에서 정해진 규칙에 따라 추출되는 점을 찾아내어 이를 고정점으로 취급할 필요가 있다.

위에서 말한 어떤 입체적 형상이란 좌표동기화대상물(또는 좌표동기화대상물과 좌표동기화매개물의 결합체)의 좌표데이터에 고정점의 추출을 위해 포함되는 것이며, 이 입체적 형상에서 추출된 고정점에 대응하는 점을 기준점이라 칭하기로 한 것은 전술한 바와 같다.

이러한 기준점의 추출은 여러 가지 방법을 통해 가능한데, 예를 들면 기준마커부(130)의 말단에 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)을 천공하여 고정할 수 있는 원뿔 또는 다각뿔 형상의 첨단부(134)를 형성하고, 첨단부(134)의 형상 그대로 만들어진 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12) 내의 음형인 뿔의 첨점을 기준점으로 설정할 수 있다.

그러나 기준마커부(130)의 말단을 이용해 기준점 추출을 위한 첨단부(134)의 형상을 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12) 내에 새기는 것이 항상 가능하지 않을 수 있으며, 형성된 첨단부(134)의 형상이 항상 균일하리라 보장하기도 어렵다. 따라서 이에 대한 대안이 예비적으로 준비될 필요가 있다.

그 대안으로는 동일한 크기와 형상을 갖는 기준마커(200)를 미리 준비하고, 이를 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)에 결합시키는 것이 가능하다.

기준마커(200)가 반드시 지녀야 할 특성은 그 입체적 형상으로부터 일관되게 하나의 점을 추출할 수 있어야 한다는 것이다. 이러한 기준마커(200)의 실시가능한 몇 가지 예를 도 8 및 도 9를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

기준마커(200)는 그 상면 또는 하면이 원을 추출할 수 있는 도형의 형상을 가지도록 만들어지며, 이때 기준마커(200) 상의 기준점은 상기 원의 중심으로 정의될 수 있다.

이러한 기준마커(200)의 예로는, 기준마커(200)의 상면 또는 하면이 원이나 원에 내접하거나 외접하는 다각형 또는 원주의 일부를 포함하는 형상을 갖는 음형 또는 양형의 입체물을 들 수 있다. 이때 원의 중심은 원의 원주상의 세 점 또는 다각형의 꼭지점에서 선택된 세 개의 점으로 정의되는 원으로부터 추출된다.

이는 원의 곡률반경을 정의하기 위해 필요한 최소한도의 점의 개수는 세 개이기 때문이며, 만일 세 개를 초과하는 점을 선택하였을 때 이들 좌표가 스캐닝 장치의 해상도 한계 등으로 인해 하나의 평면을 이루지 않는 비정형성을 가지게 되면 _nC₃의 개수(여기서 n은 선택된 점의 수로서, n＞4인 자연수임)만큼의 데이터를 서로 맞추어야 해서 비효율적이기 때문이다.

이 외에도 기준마커(200)를 원뿔 또는 다각뿔의 형상을 가진 음형 또는 양형의 입체물로 만들 수도 있으며, 이때 기준마커(200) 상의 기준점은 뿔의 첨점으로 정의될 수 있다. 이는 기준마커부(130)의 말단에 원뿔 또는 다각뿔 형상의 첨단부(134)를 형성한 경우와 유사하다.

또한 기준마커(200)를 구 또는 구면의 형상을 포함한 음형 또는 양형의 입체물로 형성할 수도 있으며, 이 경우 기준마커(200) 상의 기준점은 구 또는 구면의 중심으로 정의하는 것이 가능하다.

이러한 기준마커(200)를 사용하여 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)에 고정점, 즉 기준점을 부여하는 실시예가 도 10과 도 11에 나타나 있다. 도시된 것과 같이, 기준마커부(130)의 첨부 말단에 기준마커(200)를 고정하기 위한 기준마커 홀더(136)를 구비하고, 여기에 기준마커(200)를 결합시킨후 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)의 정확한 위치에 결합(부착이나 삽입 등)시키면 된다.

이때 기준마커(200)와 기준마커 홀더(136)는 기준마커(200)에 형성된 나사산(210)을 기준마커 홀더(136)에 형성된 대응 나사산에 결합되어 고정될 수 있으며, 기준마커(200)의 양단 중 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)에 결합되는 말단에는 회전을 방지하기 위한 절개면(220)이 형성될 수 있다. 이 절개면(220)은 특히 좌표동기화대상물(10) 또는 좌표동기화매개물(12)에 삽입 고정시키는 경우에 기준마커(200)가 회전하는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한 기준마커(200)의 이탈을 방지하기 위해 절개면(220)이 형성된 말단을 역테이퍼로 형성할 수도 있으며, 이는 전술한 역테이퍼 형상의 플러그(118)와 실질적으로 동일한 개념이다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 좌표동기화용 기구(100)에 대해 상세히 설명하였다. 상세한 설명 중의 해당 부분에서 여러 번 언급되었다시피, 기준마커부(130)에 의해 상대적 위치가 의도한 바대로 동결되고 목적원점 추출을 위한 기준점(≒고정점)이 형성되는 대상은 좌표동기화대상물(10) 그 자체뿐만 아니라 여기에 재현성 있게 결합되는 좌표동기화매개물(12)을 포함한다. 좌표동기화매개물(12)을 사용할 경우의 장점은 좌표동기화 방법론에서 충분히 설명되었으며, 본 발명의 실시예를 이해하고 그 권리범위를 해석할 때에도 이러한 개념은 계속 유지되어야 할 것이다. 그리고 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 좌표동기화대상물(10)은 구강내 조직(원형)의 형상을 본뜬 인상모델(복제품)이고, 좌표동기화매개물(12)은 구내장착물인 경우를 예로 하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되어야만 하는 것은 아니며, 고유좌표계를 가진 이종기기 사이에서 공간좌표를 동기화시키는 다양한 사례에 적용할 수 있음은 명백하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예들을 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해져야 할 것이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
R: 기준원점 F,F': 고정점
O: 목적원점
10: 좌표동기화대상물(인상모델)
12: 좌표동기화매개물(구내장착물)
14: 동결 매개체
100: 좌표동기화용 기구 110: 기준 플레이트
111: 고정수단 112: 마그네틱
113: 단차 114: 파지홈
115: 관통공 116: 오목부
117: 나선고정수단 118: 플러그
120: 베이스부 130: 기준마커부
131: 제1 기준마커부 132: 제2 기준마커부
133: 제3 기준마커부 134: 기준마커 첨단부
136: 기준마커 홀더 140: 회동 프레임
150: 기준마커부 서포터 200: 기준마커
210: 나사산 220: 절개면

Claims (28)

1. 좌표동기화대상물이 재현성 있게 고정되도록 상기 좌표동기화대상물의 좌표데이터를 이식받을 기기상에 마련된 부분으로서 상기 기기상에서의 좌표를 알고 있는 고정부에 대응하는 구조를 갖는 고정수단을 구비한 기준 플레이트;
   상기 기준 플레이트가 결합된 베이스부;
   상기 좌표동기화대상물이 상기 기준 플레이트와 공간적으로 이격되도록 그 상대적 위치를 제한하는 적어도 세 개 이상의 기준마커부; 및
   상기 기준 플레이트 주변으로 상기 베이스부에 구비되고, 상기 기준마커부가 연결되어 상기 기준 플레이트 상에서 정해진 방향으로만 상기 기준마커부가 이동가능하도록 각각 제한하는 기준마커부 서포터;
   를 포함하는 좌표동기화용 기구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기준마커부 및 상기 기준마커부 서포터는 각각 세 개씩 구비된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
3. 제2항에 있어서,
   상기 세 개의 기준마커부가 상기 기준 플레이트 상에 설정된 기준평면과 평행한 평면상에서만 이동하는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
4. 제3항에 있어서,
   상기 세 개의 기준마커부 중 두 개의 기준마커부는 서로를 연결하는 직선을 따라서만 이동가능하도록 제한되고, 나머지 하나의 기준마커부는 상기 두 개의 기준마커부의 이동궤적인 상기 직선상의 고정된 일점에 대한 수직선상을 따라서만 이동가능하도록 제한된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
5. 제4항에 있어서,
   상기 두 개의 기준마커부의 이동궤적인 상기 직선상의 고정된 일점은 상기 기준 플레이트 상에 설정된 기준원점과 높이 또는 높이 및 거리의 차이만 가지는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
6. 제4항에 있어서,
   상기 세 개의 기준마커부 및 기준마커부 서포터는 각각 나사결합에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
7. 제4항에 있어서,
   상기 세 개의 기준마커부 서포터는 하나의 회동 프레임 상에 구비되고, 상기 회동 프레임은 상기 기준 플레이트를 감싸도록 그 외측으로 배치되되 상기 베이스부에 회동가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기준 플레이트는 상기 베이스부에 대해 탈착 가능하도록 결합된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
9. 제8항에 있어서,
   상기 기준 플레이트와 상기 베이스부 중 적어도 어느 한쪽에 구비된 마그네틱의 자력에 의해 상기 기준 플레이트가 상기 베이스부에 대해 탈착 가능하도록 결합된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 플레이트의 측면을 따라 단차가 형성되고, 상기 단차진 부분이 상기 베이스부의 상면에 걸리도록 상기 기준 플레이트가 상기 베이스부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
11. 제9항에 있어서,
    상기 기준 플레이트의 저면은 상기 베이스부에 접촉되지 않도록 이격된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
12. 제8항에 있어서,
    상기 기준 플레이트의 측면에는 적어도 하나 이상의 파지홈이 형성된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
13. 제8항에 있어서,
    상기 기준 플레이트의 고정수단에 인접하여 관통공이 형성되고, 상기 기준 플레이트의 저면에는 상기 관통공을 중심으로 만입된 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
14. 제13항에 있어서,
    상기 오목부에 배치된 나선고정수단과 상기 기준 플레이트의 상면에 배치된 플러그가 상기 관통공을 통해 나사결합되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
15. 제14항에 있어서,
    상기 나선고정수단에는 수나사가 구비되고, 상기 플러그에는 암나사가 구비된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
16. 제14항에 있어서,
    상기 나선고정수단은 상기 기준 플레이트의 저면으로부터 돌출되지 않는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
17. 제14항에 있어서,
    상기 플러그는 그 상면이 하면보다 넓은 역테이퍼 형상을 가진 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
18. 제14항에 있어서,
    상기 플러그의 측면으로부터 절개된 절단면의 형상은 진원(眞元)을 제외한 곡면 또는 다각면이거나 상기 두 가지 형상이 조합된 형상인 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
19. 제1항에 있어서,
    상기 기준마커부의 말단은 상기 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화매개물을 천공하여 고정할 수 있는 첨단부로 형성되고, 상기 첨단부는 원뿔 또는 다각뿔 형상으로서 상기 뿔의 첨점이 기준점으로 정의되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
20. 제1항에 있어서,
    상기 기준마커부의 말단에는 상기 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화매개물에 결합되는 기준마커를 고정하기 위한 기준마커 홀더가 구비된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
21. 제20항에 있어서,
    상기 기준마커와 기준마커 홀더는 나사결합으로 고정되고, 상기 기준마커의 상기 좌표동기화대상물 또는 좌표동기화매개물에 결합되는 단부에는 회전을 방지하기 위한 절개면이 형성된 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
22. 제20항에 있어서,
    상기 기준마커의 상면 또는 하면은 원을 추출할 수 있는 도형의 형상을 가지며, 상기 기준마커상의 기준점은 상기 원의 중심으로 정의되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
23. 제22항에 있어서,
    상기 기준마커는 상면 또는 하면이 원, 원에 내접하거나 외접하는 다각형 또는 원주의 일부를 포함하는 형상을 가진 음형 또는 양형의 입체물인 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
24. 제23항에 있어서,
    상기 원의 중심은 상기 원의 원주상의 세 점 또는 상기 다각형의 꼭지점에서 선택된 세 개의 점으로 정의되는 원으로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
25. 제20항에 있어서,
    상기 기준마커는 원뿔 또는 다각뿔의 형상을 가진 음형 또는 양형의 입체물로서, 상기 기준마커상의 기준점은 상기 뿔의 첨점으로 정의되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
26. 제20항에 있어서,
    상기 기준마커는 구 또는 구면의 형상을 포함한 음형 또는 양형의 입체물로서, 상기 기준마커상의 기준점은 상기 구 또는 구면의 중심으로 정의되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
27. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌표동기화대상물에 재현성 있게 결합되는 좌표동기화매개물이 상기 기준마커부에 의해 상기 기준 플레이트와 공간적으로 이격되도록 그 상대적 위치가 제한되는 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
28. 제27항에 있어서,
    상기 좌표동기화대상물은 구강내 조직의 형상을 본뜬 인상모델이고, 상기 좌표동기화매개물은 구내장착물인 것을 특징으로 하는 좌표동기화용 기구.
    

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