KR101644512B1 - 3차원 형상 모델링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 형상 모델링 장치 및 방법에 관한 것으로, 피계측물을 계측하는 계측부의 계측값으로부터 피계측물의 3차원 형상 정보를 모델링하는 3차원 형상 모델링부; 3차원 형상 정보로부터 모서리점을 추출하고, 추출한 모서리점의 3차원 정보로부터 피계측물의 치수를 분석하는 치수 분석부; 3차원 형상 정보로부터 미리 준비된 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하는 기준점 생성부; 및 3차원 형상 정보로부터 피계측물의 평탄도를 분석하는 평탄도 분석부를 포함하는 3차원 형상 모델링 장치를 개시한다.

Description

3차원 형상 모델링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MODELLING 3D SHAPE}
본 발명은 피계측물의 3차원 형상을 모델링하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스는 공해물질이 거의 없고, 열량이 우수하여 점차 중요한 에너지 자원으로 대두되고 있다. 천연가스의 보관 및 운송은 주로 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 상태에서 이루어지며, 이에 따라 최근 액화천연가스를 대량으로 운송할 수 있는 액화천연가스 운반선(LNG Carrier, LNGC)에 대한 수요가 급증하고 있다. 액화천연가스 운반선의 화물창(cargo tank)은 그 내부에 저장되는 액화천연가스를 약 -163°이하의 초저온 상태로 유지하고, 또 그로 인한 냉기로부터 선체를 보호하기 위해 특수한 단열재로 설계된다.
액화천연가스 운반선의 화물창에 단열재를 부착하는 공정은 통상적으로 화물창의 치수를 계측하고, 화물창에 단열재를 부착할 위치를 마킹하여 해당 위치에 단열재를 부착하는 순으로 이루어진다. 이때, 화물창의 치수 계측은 작업자가 1차원 길이나 레벨(level)을 수동으로 계측하는 방식으로 이루어지며, 통상 수 내지 수십일에 이르는 오랜 시간에 걸쳐 계측 작업이 이루어지게 된다. 또한, 종래에는 계측을 위한 타겟(target)을 부착하는 작업자와 계측 작업을 하는 작업자가 2인 1조를 이루어 계측 작업을 해야만 하므로, 비효율적인 문제가 있었다. 또한, 종래에는 작업자가 계측에 따른 결과 값을 읽은 후 화물창에 계측 값을 그대로 기입하는 방식으로서, 화물창에서 데이터가 지워져 손실되거나, 작업자가 화물창에 데이터를 잘못 기입하여 단열재의 부착 위치에 오차가 유발될 가능성이 있다.
본 발명은 피계측물의 3차원 형상을 모델링하여 피계측물의 치수와 평탄도를 분석할 수 있으며, 3차원 형상 정보로부터 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하여 피계측물에 대한 단열재 부착 위치 마킹 등의 공정을 정확하게 수행할 수 있는 3차원 형상 모델링 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 피계측물의 온도에 따라 피계측물의 변형을 예측하여 3차원 변형형상 정보를 생성하고, 3차원 변형형상 정보에 따라 레벨 패드(level pad)의 형상을 결정하여, 피계측물의 온도 변화에 따른 변형을 보상할 수 있는 3차원 형상 모델링 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 3차원 형상 모델링 장치는 피계측물을 계측하는 계측부의 계측값으로부터 상기 피계측물의 3차원 형상 정보를 모델링하는 3차원 형상 모델링부; 상기 3차원 형상 정보로부터 모서리점을 추출하고, 추출한 모서리점의 3차원 정보로부터 상기 피계측물의 치수를 분석하는 치수 분석부; 상기 3차원 형상 정보로부터 미리 준비된 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하는 기준점 생성부; 및 상기 3차원 형상 정보로부터 상기 피계측물의 평탄도를 분석하는 평탄도 분석부를 포함한다.
상기 3차원 형상 모델링 장치는 상기 피계측물의 공통점 위치를 선정하는 공통점 위치 선정부; 상기 계측부의 계측기 위치를 선정하는 계측기 위치 선정부; 상기 계측부의 계측 데이터를 필터링하는 데이터 필터링부; 서로 다른 위치에서 계측을 수행하는 계측기의 좌표계를 정합하는 좌표계 정합부; 및 좌표계가 정합된 계측 데이터를 정합하는 데이터 정합부를 더 포함할 수 있다.
상기 피계측물은 화물창으로 제공되고, 상기 3차원 형상 모델링 장치는 상기 3차원 형상 정보로부터 상기 화물창에 부착할 단열재의 부착 지점을 결정하는 단열재 부착점 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 3차원 형상 모델링 장치는 상기 화물창의 화물 보관 온도에 따라 상기 화물창의 변형을 예측하여 3차원 변형 형상 정보를 생성하는 3차원 변형 형상 모델링부를 더 포함할 수 있다.
상기 3차원 형상 모델링 장치는 상기 기준점을 상기 화물창에 표시하는 기준점 지시부; 및 상기 단열재의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 단열재 부착점 지시부를 더 포함할 수 있다.
상기 3차원 형상 모델링 장치는 상기 피계측물의 평탄도에 따라 상기 화물창에 부착할 레벨 패드(level pad)의 부착 지점을 결정하는 레벨패드 부착점 선정부; 상기 레벨 패드의 형상 정보를 결정하는 레벨패드 형상 생성부; 및 상기 레벨 패드의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 레벨패드 부착점 지시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 피계측물을 계측하는 계측부의 계측값으로부터 상기 피계측물의 3차원 형상 정보를 모델링하는 단계; 상기 3차원 형상 정보로부터 모서리점을 추출하고, 추출한 모서리점의 3차원 정보로부터 상기 피계측물의 치수를 분석하는 단계; 상기 3차원 형상 정보로부터 미리 준비된 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하는 단계; 및 상기 3차원 형상 정보로부터 상기 피계측물의 평탄도를 분석하는 평탄도 분석부를 포함하는 3차원 형상 모델링 방법이 제공된다.
상기 피계측물은 화물창으로 제공되고, 상기 3차원 형상 모델링 방법은 상기 화물창의 화물 보관 온도에 따라 상기 화물창의 변형을 예측하여 3차원 변형 형상 정보를 생성하는 단계; 상기 기준점을 상기 화물창에 표시하는 단계; 상기 피계측물의 평탄도에 따라 상기 레벨 패드(level pad)의 형상 정보를 결정하고, 상기 화물창에 부착할 레벨 패드의 부착 지점을 결정하는 단계; 상기 레벨 패드의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 단계; 상기 3차원 변형형상 정보로부터 상기 화물창에 부착할 단열재의 부착 지점을 결정하는 단계; 및 상기 단열재의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 3차원 형상을 모델링하여 피계측물의 치수와 평탄도를 분석할 수 있으며, 3차원 형상 정보로부터 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하여 피계측물에 대한 단열재 부착 위치 마킹 등의 공정을 정확하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 피계측물의 온도에 따라 피계측물의 변형을 예측하여 3차원 변형형상 정보를 생성하고, 3차원 변형형상 정보에 따라 레벨 패드(level pad)의 형상 및 부착 위치를 정확하게 결정하여 피계측물의 온도 변화에 따른 변형을 보상할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치를 구성하는 계측부에 의하여 화물창을 계측하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치를 구성하는 계측부를 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치를 구성하는 3차원 형상 모델링부에 의해 모델링된 화물창의 3차원 형상을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치를 구성하는 3차원 변형형상 모델링부에 의해 모델링된 화물창의 3차원 변형형상을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 단계 S80을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 단계 S100을 설명하기 위한 도면으로서, 화물창의 평탄도를 분석한 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 4에 도시된 단계 S110을 설명하기 위한 도면으로서, 화물창에 레벨패드 부착점을 표시하는 것을 보여주는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치는 피계측물을 계측하는 계측부의 계측값으로부터 피계측물의 3차원 형상 정보를 모델링하는 3차원 형상 모델링부; 3차원 형상 정보로부터 모서리점(edge point)을 추출하고, 추출한 모서리점의 3차원 정보로부터 피계측물의 치수(dimension)를 분석하는 치수 분석부; 3차원 형상 정보로부터 미리 준비된 설계데이터에 대응하는 기준점(reference point)을 생성하는 기준점 생성부; 및 3차원 형상 정보로부터 피계측물의 평탄도를 분석하는 평탄도 분석부를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 3차원 형상을 모델링하여, 3차원 형상 모델로부터 피계측물의 치수와 평탄도를 동시에 분석할 수 있으며, 3차원 형상 정보로부터 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하여 피계측물에 대한 단열재(insulation panel) 부착 위치 마킹(marking) 등의 공정을 정확하게 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치는 액화천연가스 운반선의 화물 보관 온도에 따라 화물창의 변형을 예측하여 3차원 변형 형상 정보를 생성하는 3차원 변형 형상 모델링부를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 화물창의 온도에 따라 화물창의 변형 특성을 예측하여 3차원 변형형상 정보를 생성하고, 3차원 변형형상 정보에 따라 레벨 패드(level pad)의 형상 및 부착 위치를 정확하게 결정하여, 화물창의 온도 변화에 따른 변형을 보상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치(100)의 구성도이다. 일 실시 예에 있어서, 3차원 형상 모델링 장치(100)는 사용자 인터페이스(101), 공통점 위치선정부(102), 계측기 위치선정부(103), 계측부(104), 데이터 필터링부(105), 좌표계 정합부(106), 데이터 정합부(107), 3차원 형상 모델링부(108), 3차원 변형형상 모델링부(109), 모서리점 추출부(110), 치수 분석부(111), 기준점 생성부(112), 기준점 지시부(113), 단열재 부착점 생성부(114), 단열재 부착점 지시부(115), 평탄도 분석부(116), 레벨패드 부착점 선정부(117), 레벨패드 형상 생성부(118), 레벨패드 부착점 지시부(119), 출력부(120), 프로세서(121), 메모리(122) 및 통신인터페이스부(123)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치를 구성하는 계측부에 의하여 화물창을 계측하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치(100)는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 화물창(10)의 3차원 형상을 모델링(modelling)하기 위하여 제공될 수 있다. 이하에서 화물창(10)의 3차원 형상을 모델링하고, 화물창(10)에 단열재(insulation panel)를 부착하기 위한 마킹(marking)을 수행하는 공정을 예로 들어 3차원 형상 모델링 장치(100)에 대해 설명하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치(100)는 화물창(10) 외의 다양한 피계측물에 대해 3차원 형상을 모델링하는 목적 및 용도로 활용될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 사용자 인터페이스(user interface)(101)는 사용자로 하여금, 화물창(10)의 3차원 형상을 모델링하고, 단열재의 화물창(10) 부착 위치를 마킹하는 명령을 입력할 수 있도록 제공된다. 사용자 인터페이스(101)는 예를 들어, 키보드(keyboard), 마우스(mouse), 터치패드(touch-pad) 혹은 버튼(button) 등의 입력 수단으로 제공될 수 있다.
공통점 위치선정부(102)는 화물창(10)을 계측하기 위한 공통점(common point)의 위치를 선정한다. 공통점들의 개수와 위치는 화물창(10)의 형상과 규모에 따라 변화될 수 있다. 일 예로, 공통점들은 화물창(10)을 이루는 벽면들 각각의 모서리, 꼭지점, 혹은 벽면 내의 임의의 점들 중에서 선정될 수 있다. 공통점들은 계측부(104)의 좌표계 정합, 계측부(104)에 의해 획득된 계측 데이터의 정합을 위해 제공될 수 있다.
계측기 위치선정부(103)는 계측부(104)를 구성하는 계측기의 최적 위치를 선정한다. 계측기 위치선정부(103)는 공통점 위치선정부(102)에 의해 선정된 공통점의 위치에 따라, 계측기의 최적 위치를 선정할 수 있다. 즉, 계측기 위치선정부(103)는 공통점들과, 화물창(10)을 이루는 벽면의 계측점들에 대한 좌표 정보를 계측할 수 있는 위치를 계측기의 최적 위치로 결정할 수 있다.
계측기 위치선정부(103)는 계측기 위치별로 시뮬레이션(simulation)을 수행하여, 화물창(10)의 복수의 계측점에 대한 설계 데이터에 따라 계측부(104)의 최적 위치를 결정할 수 있다. 계측부(104)가 복수의 계측기로 이루어진 경우, 계측기 위치선정부(103)는 화물창(10)의 계측점들을 복수의 계측기로 나누어 할당하고, 각 계측기에서 화물창(10)의 내부 구조물에 의한 간섭 없이 각 계측기에 할당된 계측점들을 모두 계측할 수 있으며, 가장 높은 정확도로 계측을 수행할 수 있는 위치를 계측기들의 최적 위치로 결정할 수 있다. 계측부(104)가 하나의 계측기로 이루어진 경우, 계측기를 시간에 따라 이동시키면서 계측점들을 계측할 수 있으며, 이때 계측기 위치선정부(103)는 시간 순으로 이동될 계측기의 최적 위치들을 결정할 수 있다.
계측부(104)는 화물창(10)에 부착된 타겟(target)을 계측하거나, 무타겟 계측에 의해 화물창(10)을 계측할 수 있다. 계측부(104)는 레이저 광을 발생하고, 계측점으로부터 반사된 레이저 광의 위상 등을 분석하여 계측점에 대한 3차원 좌표 정보를 산출하는 3차원 계측기, 예를 들어 3차원 로봇 광파기, 레이저 트래커(Laser Tracker)와 같은 이동식 3차원 측정기 혹은 3차원 레이저 스캐너(Laser Scanner)로 제공될 수 있다. 계측부(104)는 계측점의 설계 데이터(design data)에 대응하는 좌우 및 상하 스캔(scan) 범위 내에서 계측점을 자동적으로 계측할 수 있다.
계측부(104)가 타겟 계측기로 제공되는 경우, 공통점 위치 선정부(102)에 의해 선정된 공통점들에 공통타겟(common target)이 설치되고, 계측점들에 계측타겟이 설치될 수 있다. 일 실시 예로, 공통타겟과 계측타겟은 프리즘(prism) 타겟으로 제공될 수 있다. 다른 예로, 계측부(104)가 무타겟 계측기인 경우, 공통점들에 타겟이 설치되지 않을 수도 있다. 계측부(104)가 무타겟 계측기인 경우, 계측 데이터에서 추출된 모서리점, 꼭지점과 같은 특징점의 정보를 이용하여 계측부(104)의 좌표계 정합과 계측 데이터의 정합을 실시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치(100)를 구성하는 계측부(104)를 예시적으로 보여주는 사시도이다. 도 3을 참조하면, 계측부(104)를 구성하는 계측기는 제1 몸체(1041), 제2 몸체(1042), 광센싱부(1043), 그리고 계측패널(1044)을 포함한다. 제1 몸체(1041)는 상하 방향의 축을 중심으로 제1 방향(R1)으로 회전 가능하도록 제공되며, 제2 몸체(1042)는 제1 몸체(1041)에서 좌우 방향의 축을 중심으로 제2 방향(R2)으로 회전 가능하도록 제공된다.
제1 몸체(1041)가 회전함에 따라 좌우 스캔이 수행되고, 제2 몸체(1042)가 회전함에 따라 상하 스캔이 수행될 수 있다. 이에 따라, 광센싱부(1043)는 수평 및 수직 스캔 범위 내에서 화물창(10)의 타겟이 설치된 계측점을 향하도록 회전될 수 있다. 광센싱부(1043)는 소정 파장과 위상의 광을 송출하고, 계측점에 설치된 타겟으로부터 반사된 광을 수신한다. 광센싱부(1043)는 레이저 광을 생성하는 레이저 다이오드와, 계측점에 설치된 타겟으로부터 반사되어 되돌아온 광을 검출하는 포토 다이오드를 구비할 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않으며, 레이저 외에 임의의 파장을 갖는 광을 생성하여 송출하는 발광 소자와 광을 검출하여 전기신호로 변환하는 임의의 다른 수광 소자를 포함할 수도 있다.
계측 패널(1044)은 계측을 수행할 계측점에 대한 설계 데이터를 직접 입력받는 입력부와, 계측점에 대한 계측 값을 시각적으로 사용자에게 제공하는 표시창을 구비할 수 있다. 표시창은 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 디스플레이 장치일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않으며, 계측 값을 텍스트나 이미지로 표시하여 작업자가 확인할 수 있도록 하는 임의의 표시 장치를 포함할 수 있다.
계측기는 계측 서버로부터 계측 제어 신호를 수신하고, 화물창(10)의 계측점에 대하여 계측한 3차원 좌표 정보를 계측 서버로 송신하는 송수신부(미도시)를 구비할 수 있다. 송수신부는 유선 또는 무선 방식으로 계측 서버와 실시간으로 통신할 수 있다. 한편, 계측기는 계측기 위치선정부(103)에 의해 산출된 최적 위치로 자동으로 이동하기 위한 이동부(미도시)를 구비할 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치는 계측 서버에 구비될 수도 있고, 계측 서버와 별도로 제공될 수도 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 데이터 필터링부(105)는 계측부(104)의 계측 데이터를 필터링(filtering)한다. 데이터 필터링부(105)는 외치점(outlier) 제거와 같은 데이터 전처리(data pre-processing)를 수행하여 계측 데이터를 필터링하고, 노이즈(noise)를 갖는 데이터를 제거할 수 있다.
좌표계 정합부(106)는 서로 다른 위치에서 계측을 수행하는 계측부(104)의 좌표계를 정합한다. 계측부(104)가 복수의 계측기를 포함하는 경우, 좌표계 정합부(106)는 복수의 계측기 간의 좌표계를 공통 좌표계(global coordinate)로 통일시킬 수 있다. 계측부(104)가 하나의 계측기를 포함하는 경우, 좌표계 정합부(106)는 계측기의 이동에 따른 위치별 좌표계를 공통 좌표계로 통일시킬 수 있다. 좌표계 정합부(106)는 적어도 3개의 공통점을 이용하여 계측부(104)의 좌표계를 공통 좌표계로 통일시킬 수 있다.
데이터 정합부(107)는 공통 좌표계로 정합된 계측 데이터들을 정합함으로써, 서로 다른 좌표계를 갖는 계측기들에 의해 획득된 데이터 혹은 서로 다른 시점에서 계측기에 의해 획득된 데이터로부터, 공통 좌표계를 기준으로 하는 데이터를 얻을 수 있다.
3차원 형상 모델링부(108)는 화물창(10)의 계측점들에 대한 계측부(104)의 계측값으로부터 화물창(10)의 3차원 형상 정보를 모델링한다. 3차원 형상 모델링부(108)는 계측부(104)에 의해 획득된 모든 계측점들 각각에 대한 3차원 좌표 정보로부터, 화물창(10)의 3차원 형상을 모델링할 수 있다.
3차원 변형형상 모델링부(109)는 화물창(10)의 화물 보관 온도에 따라 화물창(10)의 변형을 예측하여 3차원 변형 형상 정보를 생성한다. 예를 들어, 화물창(10)에 액화천연가스(liquified natural gas, LNG)를 -162℃ 이하의 초저온으로 보관하는 경우, 화물창(10)의 형상에 변형이 일어날 수 있으므로, 이러한 변형에 따른 단열 효과 저하를 방지하기 위하여, LNG 화물창(10)의 저온 변형에 따른 3차원 변형형상을 모델링한다.
3차원 변형형상 모델링부(109)는 화물창(10)에 부착될 단열재의 단열 성능(예를 들어, 단열재의 재질, 두께 등)을 고려하여, 화물창(10)의 단열재 외부 온도를 예측하고, 예측한 온도에서 화물창(10)의 계측점별로 화물창(10) 외부의 형상, 두께 프로파일에 따른 변형 정도를 추정함으로써, 3차원 변형형상을 모델링할 수 있다.
이하에서 설명될 화물창(10) 마킹 공정은 3차원 형상 모델링부(108)에 의해 모델링된 화물창(10)의 3차원 형상을 기준으로 수행될 수도 있으나, 액체 화물 보관시의 조건을 고려하여 3차원 변형형상 모델링부(109)에 의해 모델링된 화물창(10)의 3차원 변형형상을 기준으로 화물창(10) 마킹 및 단열재 부착 공정을 행하는 것이 화물창(10)의 단열 효율성을 높이는데 바람직하다. 이하에서, 3차원 형상 정보는 반드시 3차원 형상 모델링부(108)에 의해 모델링된 형상 정보뿐 아니라, 3차원 변형형상 모델링부(109)에 의해 모델링된 변형형상 정보를 포괄하는 의미를 갖는다.
모서리점 추출부(110)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보로부터 모서리점(edge point)을 추출한다. 모서리점은 화물창(10)을 구성하는 벽면들 중 인접하는 벽면이 만나는 모서리부의 계측점들을 포함할 수 있다. 치수 분석부(111)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보에서 추출된 모서리점들의 3차원 정보로부터 화물창(10)의 치수(dimension)를 분석한다.
기준점 생성부(112)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보로부터, 미리 준비된 설계데이터(예를 들어, 캐드데이터)에 대응하는 기준점(reference point)을 생성한다. 기준점은 화물창(10) 단열재 부착점 마킹 및 단열재 부착 작업을 위한 기준 위치로 활용될 수 있다. 예를 들어, 기준점 생성부(112)는 캐드데이터(CAD data)에 설정된 설계기준선에 대응하는 기준선(reference line)을 화물창(10)의 3차원 형상 정보에서 찾고, 기준선상의 계측점들 중에서 캐드데이터에 설정된 설계기준점에 대응하는 계측점들을 기준점으로 생성할 수 있다.
기준점 지시부(113)는 기준점을 화물창(10)에 표시한다. 기준점 지시부(113)는 기준점의 3차원 좌표 정보를 이용하여 레이저 등의 방식으로 화물창(10)에 기준점을 표시할 수 있다. 기준점 지시부(113)는 기준점의 3차원 좌표 정보에 따라 좌우 및 상하로 구동된 후 레이저를 조사하여 화물창(10)에 기준점을 표시하도록 제공될 수 있다.
단열재 부착점 생성부(114)는 설계데이터의 단열재 부착점과 화물창(10)의 3차원 형상 정보로부터 화물창(10)에 부착할 단열재의 부착 지점을 결정한다. 단열재 부착점 생성부(114)는 설계데이터(예를 들어, 캐드데이터)에 설정된 설계부착점에 대응하는 단열재 부착점(insulation panel point)을 화물창(10)의 3차원 형상 정보에서 찾을 수 있다.
단열재 부착점 지시부(115)는 단열재의 부착 지점을 화물창(10)에 표시한다. 단열재 부착점 지시부(115)는 단열재 부착점의 3차원 좌표 정보에 따라 좌우 및 상하로 구동된 후 레이저를 조사하여 화물창(10)에 단열재 부착점을 표시하도록 제공될 수 있다.
평탄도 분석부(116)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보로부터 화물창(10)의 평탄도를 분석한다. 평탄도 분석부(116)는 화물창(10)의 각 벽면들에 대해 평탄도를 분석할 수 있다. 평탄도 분석부(116)는 벽면의 높이를 기준으로 편차 정보에 따라 벽면의 영역별로 고저를 분석하고, 등고선 표시법에 따라 구분하여 표시할 수 있다.
레벨패드 부착점 선정부(117)는 화물창(10)의 평탄도에 따라 화물창(10)에 부착할 레벨 패드(level pad)의 부착 지점을 결정한다. 레벨패드 형상 생성부(118)는 화물창(10)의 평탄도 정보에 따라 화물창(10)에 부착할 레벨 패드의 형상 정보를 결정한다. 레벨패드 형상 생성부(118)는 화물창(10)의 벽면을 기준으로 돌출부의 영역을 기준으로 오목부의 영역의 범위와 높이 차이 등에 따라, 레벨 패드의 형상을 결정할 수 있다.
레벨패드 부착점 지시부(119)는 레벨 패드의 부착 지점을 화물창(10)에 표시한다. 레벨패드 부착점 지시부(119)는 레벨패드 부착점의 3차원 정보를 이용하여 레이저 등의 방식으로 화물창(10)에 레벨패드 부착점을 표시할 수 있다. 레벨패드 부착점 지시부(119)는 레벨패드 부착점의 3차원 좌표 정보에 따라 좌우 및 상하로 구동된 후 레이저를 조사하여 화물창(10)에 레벨패드 부착점을 표시하도록 제공될 수 있다.
출력부(120)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보, 3차원 변형형상 정보, 화물창(10)의 벽면별 치수 정보, 기준점 정보, 기준선 정보, 단열재 부착점 정보, 평탄도 정보, 레벨패드 부착점 정보, 레벨패드 형상 정보와 같은 계측 정보를 화면상에 표시한다. 출력부(120)는 예를 들어, LCD(liquid crystal display) 등의 표시수단으로 제공될 수 있다.
프로세서(121)는 3차원 형상 모델링 장치를 구성하는 각 구성을 제어하며, 화물창(10)의 3차원 형상을 모델링하는 프로그램을 실행한다. 메모리(122)는 피계측물에 대해 3차원 형상을 모델링하기 위한 프로그램, 각종 정보들을 저장한다. 통신인터페이스부(123)는 캐드(CAD) 데이터와 같은 정보를 입력받고, 출력부(120)를 통해 피계측물의 정보를 출력하기 위하여 제공된다.
기준점 지시부(113), 단열재 부착점 지시부(115), 레벨패드 부착점 지시부(119)는 하나의 지시 장치로 제공될 수도 있고, 서로 다른 지시 장치로 제공될 수도 있다. 일 실시 예로, 기준점 지시부(113), 단열재 부착점 지시부(115) 또는 레벨패드 부착점 지시부(119)는 레이저 마킹 지시 장치를 구비한 계측부(104)의 기능에 의해 수행되는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 작업자가 사용자 인터페이스(user interface)(101)를 통해 화물창(10)에 대한 3차원 형상 모델링 및 단열재 부착 위치 마킹 명령을 입력하면, 공통점 위치선정부(102)는 화물창(10)을 계측하기 위한 공통점(common point)의 위치를 선정하고, 계측기 위치선정부(103)는 계측부(104)의 계측기 위치를 선정한다(S10).
화물창(10)에 공통점 및 계측기의 위치가 선정되면, 작업자는 해당 위치에 공통점(예를 들어, 공통타겟)을 설치한다. 계측기는 계측기 위치선정부(103)에 의해 결정된 위치로 자동으로 이동할 수도 있고, 작업자에 의해 수동으로 이동될 수도 있다. 만약, 계측기가 무타겟 계측기인 경우, 공통타겟을 설치하는 작업은 생략될 수도 있다.
화물창(10) 내에 공통점이 설치되고, 계측기가 정해진 위치에 설치되면, 계측부(104)는 타겟(target)을 계측하거나, 무타겟 계측에 의해 화물창(10)을 계측할 수 있다(S20). 일 예로, 계측부(104)는 계측점들의 설계 데이터에 대응하는 좌우 및 상하 스캔 범위에 대해 계측점을 스캔하여 계측점들의 3차원 좌표를 자동적으로 계측할 수 있다.
계측부(104)에 의해 화물창(10)의 계측점들에 대한 3차원 좌표가 계측되면, 데이터 필터링부(105)는 계측부(104)에 의해 획득된 계측 데이터를 필터링(filtering)한다(S30). 데이터 필터링부(105)는 예를 들어, 외치점(outlier) 제거와 같은 전처리를 수행하여 데이터를 필터링하고, 노이즈(noise)를 제거할 수 있다.
좌표계 정합부(106)는 계측부(104)의 좌표계를 정합한다(S40). 계측부(104)가 복수의 계측기를 포함하는 경우, 좌표계 정합부(106)는 복수의 계측기 간의 좌표계를 공통 좌표계(global coordinate)로 통일시킬 수 있다. 계측부(104)가 하나의 계측기를 포함하는 경우, 좌표계 정합부(106)는 계측기의 이동에 따른 위치별 좌표계를 공통 좌표계로 통일시킬 수 있다.
데이터 정합부(107)는 공통 좌표계로 정합된 계측 데이터를 정합함으로써, 서로 다른 좌표계를 갖는 계측기들 혹은 서로 다른 시점에서 계측기에 의해 획득된 데이터로부터, 공통 좌표계를 기준으로 하는 데이터를 얻을 수 있다(S50).
3차원 형상 모델링부(108)와 3차원 변형형상 모델링부(109)는 화물창(10)의 계측점들에 대한 계측부(104)의 3차원 계측값(좌표 정보)으로부터 화물창(10)의 3차원 형상 정보와 3차원 변형형상을 모델링한다(S60,S70). 3차원 변형형상 모델링부(109)는 화물창(10)의 화물 보관 온도에 따라 화물창의 변형을 예측하여 3차원 변형 형상 정보를 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치(100)를 구성하는 3차원 형상 모델링부(108)에 의해 모델링된 화물창(10)의 3차원 형상을 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 모델링 장치(100)를 구성하는 3차원 변형형상 모델링부(109)에 의해 모델링된 화물창(10)의 3차원 변형형상을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, LNG와 같은 액체 화물을 극저온으로 보관시 화물창(10)의 3차원 변형형상은 계측 시점의 화물창(10)의 3차원 형상과 다를 수 있다. 3차원 변형형상 모델링부(109)는 액체 화물 보관시의 화물창(10)의 형상 변형에 따른 단열 효과 저하를 방지하기 위하여, LNG 화물창(10)의 저온 변형에 따른 3차원 변형형상을 모델링할 수 있다.
3차원 변형형상 모델링부(109)는 화물창(10)에 부착될 단열재의 단열 성능(예를 들어, 단열재의 재질, 두께 등)을 고려하여, 화물창(10)의 단열재 외부 온도를 예측하고, 예측한 온도에서 화물창(10)의 계측점별로 화물창(10) 외부의 형상, 두께 프로파일에 따른 변형 정도를 추정함으로써, 3차원 변형형상을 모델링할 수 있다.
다시 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 모서리점 추출부(110)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보로부터 모서리점(edge point)을 추출하며, 치수 분석부(111)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보에서 추출된 모서리점의 3차원 정보로부터 화물창(10)의 치수(dimension)를 분석한다(S70). 모서리점은 화물창(10)을 구성하는 벽면들 중 인접하는 벽면이 만나는 모서리부의 계측점일 수 있다.
기준점 생성부(112)는 3차원 형상 정보로부터 미리 준비된 설계데이터(예를 들어, 캐드데이터)에 대응하는 기준점(reference point)을 생성하며, 기준점 지시부(113)는 기준점의 3차원 좌표 정보에 따라 구동되어 레이저를 출력함으로써, 화물창(10)에 기준점을 표시한다(S80).
도 7은 도 4에 도시된 단계 S80을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 기준점 생성부(112)는 캐드데이터에 설정된 설계기준선에 대응하는 기준선(reference line)(RL)을 화물창(10)의 3차원 형상 정보에서 찾고, 기준선(RL)상의 계측점들 중에서 기준점들(RP)을 생성할 수 있다. 화물창(10)에 기준점이 표시되면, 작업자는 표시된 기준점에 마킹(marking)을 하여, 기준점과 기준선을 기준으로 단열재 부착 작업을 하게 된다.
다시 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 단열재 부착점 생성부(114)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보로부터 화물창(10)에 부착할 단열재의 부착 지점을 결정하며, 단열재 부착점 지시부(115)는 단열재 부착점의 3차원 좌표 정보에 따라 구동되어 레이저를 출력함으로써, 화물창(10)의 벽면에 단열재의 부착 지점을 표시한다(S90).
단열재 부착점 생성부(114)는 설계데이터(예를 들어, 캐드데이터)에 설정된 설계부착점에 대응하는 단열재 부착점(insulation panel point)을 화물창(10)의 3차원 형상 정보에서 찾을 수 있다. 화물창(10)에 단열재 부착점이 표시되면, 작업자는 표시된 단열재 부착점에 마킹(marking)을 하여, 단열재 부착점을 기준으로 단열재 부착 작업을 수행하게 된다.
평탄도 분석부(116)는 화물창(10)의 3차원 형상 정보로부터 화물창(10)의 평탄도를 분석한다(S100). 도 8은 도 4에 도시된 단계 S100을 설명하기 위한 도면으로서, 화물창(10)의 평탄도를 분석한 결과를 보여주는 도면이다. 평탄도 분석부(116)는 등고선과 같이 화물창(10)의 벽면별로 평탄도(높낮이) 레벨을 서로 다른 색상으로 구별하여 표시할 수 있다.
다시 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 레벨패드 부착점 선정부(117)는 화물창(10)의 평탄도에 따라 화물창(10)에 부착할 레벨 패드(level pad)의 부착 지점을 결정하고, 레벨패드 형상 생성부(118)는 화물창(10)의 평탄도 정보에 따라 화물창(10)에 부착할 레벨 패드의 형상 정보를 결정하며, 레벨패드 부착점 지시부(119)는 레벨 패드의 부착 지점을 화물창(10)에 표시한다(S110).
도 9는 도 4에 도시된 단계 S110을 설명하기 위한 도면으로서, 화물창(10)에 레벨패드 부착점을 표시하는 것을 보여주는 도면이다. 레벨패드 부착점 지시부(119)는 레벨패드 부착점의 3차원 정보를 이용하여 레이저 등의 방식으로 화물창(10)에 레벨패드 부착점을 표시할 수 있다. 화물창(10)에 레벨패드 부착점이 표시되면, 작업자는 표시된 레벨패드 부착점에 마킹을 하여, 레벨패드 부착점을 기준으로 레벨 패드 부착 작업을 수행하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하면, 3차원 형상을 모델링하여, 3차원 형상 모델로부터 피계측물의 치수와 평탄도를 동시에 분석할 수 있으며, 3차원 형상 정보로부터 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하여 피계측물에 대한 단열재(insulation panel) 부착 위치 마킹(marking) 등의 공정을 정확하게 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, LNG 온도에 따라 화물창의 변형을 예측하여 3차원 변형형상 정보를 생성하고, 3차원 변형형상 정보에 따라 레벨 패드(level pad)의 형상 및 부착 위치를 정확하게 결정하여 화물창의 온도 변화에 따른 변형을 보상할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 화물창 100: 3차원 형상 모델링 장치
101: 사용자 인터페이스 102: 공통점 위치선정부
103: 계측기 위치선정부 104: 계측부
105: 데이터 필터링부 106: 좌표계 정합부
107: 데이터 정합부 108: 3차원 형상 모델링부
109: 3차원 변형형상 모델링부 110: 모서리점 추출부
111: 치수 분석부 112: 기준점 생성부
113: 기준점 지시부 114: 단열재 부착점 생성부
115: 단열재 부착점 지시부 116: 평탄도 분석부
117: 레벨패드 부착점 선정부 118: 레벨패드 형상 생성부
119: 레벨패드 부착점 지시부 120: 출력부
121: 프로세서 122: 메모리
123: 통신인터페이스부

Claims (8)

  1. 피계측물을 계측하는 계측부의 계측값으로부터 상기 피계측물의 3차원 형상 정보를 모델링하는 3차원 형상 모델링부;
    상기 3차원 형상 정보로부터 모서리점을 추출하고, 추출한 모서리점의 3차원 정보로부터 상기 피계측물의 치수를 분석하는 치수 분석부;
    상기 3차원 형상 정보로부터 미리 준비된 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하는 기준점 생성부; 및
    상기 3차원 형상 정보로부터 상기 피계측물의 평탄도를 분석하는 평탄도 분석부를 포함하는 3차원 형상 모델링 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 피계측물의 공통점(common point) 위치를 선정하는 공통점 위치 선정부;
    상기 계측부의 계측기 위치를 선정하는 계측기 위치 선정부;
    상기 계측부의 계측 데이터를 필터링하는 데이터 필터링부;
    서로 다른 위치에서 계측을 수행하는 계측기의 좌표계를 정합하는 좌표계 정합부; 및
    좌표계가 정합된 계측 데이터를 정합하는 데이터 정합부를 더 포함하는 3차원 형상 모델링 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 피계측물은 화물창으로 제공되고,
    상기 3차원 형상 정보로부터 상기 화물창에 부착할 단열재의 부착 지점을 결정하는 단열재 부착점 생성부를 더 포함하는 3차원 형상 모델링 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 화물창의 화물 보관 온도에 따라 상기 화물창의 변형을 예측하여 3차원 변형 형상 정보를 생성하는 3차원 변형 형상 모델링부를 더 포함하는 3차원 형상 모델링 장치.
  5. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 기준점을 상기 화물창에 표시하는 기준점 지시부; 및
    상기 단열재의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 단열재 부착점 지시부를 더 포함하는 3차원 형상 모델링 장치.
  6. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 피계측물의 평탄도에 따라 상기 화물창에 부착할 레벨 패드(level pad)의 부착 지점을 결정하는 레벨패드 부착점 선정부;
    상기 레벨 패드의 형상 정보를 결정하는 레벨패드 형상 생성부; 및
    상기 레벨 패드의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 레벨패드 부착점 지시부를 더 포함하는 3차원 형상 모델링 장치.
  7. 피계측물을 계측하는 계측부의 계측값으로부터 상기 피계측물의 3차원 형상 정보를 모델링하는 단계;
    상기 3차원 형상 정보로부터 모서리점을 추출하고, 추출한 모서리점의 3차원 정보로부터 상기 피계측물의 치수를 분석하는 단계;
    상기 3차원 형상 정보로부터 미리 준비된 설계데이터에 대응하는 기준점을 생성하는 단계; 및
    상기 3차원 형상 정보로부터 상기 피계측물의 평탄도를 분석하는 평탄도 분석부를 포함하는 3차원 형상 모델링 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 피계측물은 화물창으로 제공되고,
    상기 화물창의 화물 보관 온도에 따라 상기 화물창의 변형을 예측하여 3차원 변형 형상 정보를 생성하는 단계;
    상기 기준점을 상기 화물창에 표시하는 단계;
    상기 피계측물의 평탄도에 따라 상기 화물창에 부착할 레벨 패드(level pad)의 형상 정보를 결정하고, 상기 화물창에 부착할 레벨 패드의 부착 지점을 결정하는 단계;
    상기 레벨 패드의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 단계;
    상기 3차원 변형형상 정보로부터 상기 화물창에 부착할 단열재의 부착 지점을 결정하는 단계; 및
    상기 단열재의 부착 지점을 상기 화물창에 표시하는 단계를 더 포함하는 3차원 형상 모델링 방법.
KR1020140184231A 2014-12-19 2014-12-19 3차원 형상 모델링 장치 및 방법 KR101644512B1 (ko)

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